JP5663197B2 - 粒子欠損を考慮した個別要素法 - Google Patents
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Description
前記個別要素を土粒子として見立て、これら個別要素が受ける接触力の最大値が設定された限界荷重を超えたときに、個別要素の半径を所定量だけ縮小させる粒子欠損操作を複数回段階的に行うとともに、粒子欠損操作毎に前記限界荷重を段階的に大きくし、個別要素の半径縮小比率を段階的に小さく設定することの各処理をコンピュータが実行することを特徴とする粒子欠損を考慮した個別要素法が提供される。
前記個別要素を土粒子として見立て、これら個別要素が受ける接触力の最大値が設定された限界荷重を超えたときに、個別要素の半径を所定量だけ縮小させる粒子欠損操作を複数回段階的に行うとともに、粒子欠損操作毎に前記限界荷重を段階的に大きく設定し、個別要素の半径縮小比率を段階的に小さく設定することにより、簡易に土粒子の破砕の影響を再現し得るようにしたものである。
(1)要素の運動方程式
質量mi、慣性モーメントIiのある要素iについての運動方程式は次式で表される。
要素間の相互作用が働く条件として、要素間の接触判定を行う。時刻tにおける要素iと要素jの中心の座標をそれぞれ([X]t i、[Y]t i)、([X]t j、[Y]t j)とし、回転変位量を([θ]t i、[θ]t j)、半径をそれぞれri,rjとした時,下式(2)を満たすと要素iと要素jは接触したものとする。
図12に示されるように、接触した要素間には相互作用力が働く相互作用力の粒子間に弾性バネ52と粘性ダッシュポッド53を仮定している。
図12に示されるように、弾性ばね52によって作用する接線方向の力は,接触した時点での値を0とし下式(6)に従い接線方向力を要素が接触している間,毎ステップ増減させることによって計算を行う。
本発明では、個別要素を土粒子として見立て、これら個別要素iが受ける接触力の最大値Fiが限界荷重Fuを超えたときに、個別要素iの半径Riを所定量だけ縮小させるものである(縮小後半径:R*i)。この際、土粒子の破砕形態は、1回の欠損で破砕が完了するわけではなく、欠損が何度か繰り返されるとともに、この破砕は初期の小さな荷重では小さく欠損し、次の大きな荷重で大きく破砕する傾向を示すとの知見の下、前記粒子欠損操作を、接触力Fiが漸次大きくなる過程で複数回段階的に行うとともに、粒子欠損操作毎に前記限界荷重Fuを段階的に大きく設定し、個別要素iの半径縮小比率[R*i/Ri]を段階的に小さく設定するものである。
実施例1では、砕石の欠損を個別要素法に考慮するための基礎実験として、砕石の破砕実験を行った。その結果を図5に示す。試験は、アムスラーで試験体を押し潰す方法で行った。砕石は初期の小さな荷重で小さく欠損し、次の大きな荷重で大きく欠損するものが多かった。図中、●は局所欠損を示し、○が大きな破壊を示す。
実施例2では、原地盤材料に対する三軸圧縮試験を対象に本発明のシミュレーション検討を行った。
実際の地震によって地盤沈下が生じた地盤を対象として、本発明の個別要素法を適用してシミュレーションを行った。対象は図9に示されるように、建屋に挟まれた35m区間の地盤である。また、入力地震波を図10に示した。更に、個別要素法における地盤構成要素諸元を下表3に示し、解析パラメータを下表4に示す。なお、初期最大接触力の平均値Foは、地盤を10mの深度毎に分割し、それぞれの領域で求めた。もちろん、全深度の平均値としてもよい。
Claims (3)
- 連続体である被対象物を個別要素に分割し、前記個別要素間のバネ作用を考慮した離散モデルにモデル化し解析を行う個別要素法において、
前記個別要素を土粒子として見立て、これら個別要素が受ける接触力の最大値が設定された限界荷重を超えたときに、個別要素の半径を所定量だけ縮小させる粒子欠損操作を複数回段階的に行うとともに、粒子欠損操作毎に前記限界荷重を段階的に大きくし、個別要素の半径縮小比率を段階的に小さく設定することの各処理をコンピュータが実行することを特徴とする粒子欠損を考慮した個別要素法。 - 前記粒子欠損操作を2段階とする請求項1記載の粒子欠損を考慮した個別要素法。
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