モデル化方式と作業流れ
FEA NXのモデル化方式
FEA NXでは解析モデルの次元と形状によって多様な方法を使用して幾何モデルを作成してメッシュが作成できます。特に、GTSは幾何形状の高級モデル化機能と多様なAuto-mesh作成機能をサポートするので節点と要素の手操作による方式に比べて複雑なモデルを遥かに便利かつ早く作成できるメリットがあります。
FEA NXでの作業流れ
一般的なFEA NXの作業流れは次のようになります。
幾何モデル化 (Geometry Modeling)
メッシュ作成 (Mesh Generation)
解析条件設定 (Analysis Condition)
解析 (Analysis)
結果分析 (Post-processing and Result Evaluation)
FEA NXの作業流れを理解するために3次元トンネルに対する簡単な施工ステージ解析の例を見てみます。
幾何モデル化(Geometry Modeling)
FEA NXでは基本的に解析対象を表現する幾何データを先に作成した後、これをもとにメッシュ作成のような後続作業を行います。幾何データはFEA NXが提供する幾何モデル化機能を用いて直接作成でき、CAD等の専用モデル化プログラムで作成された幾何モデルデータから呼び出すことも可能です。
FEA NXは多様な高級幾何モデル化機能を提供するので節点と要素を利用した既存の手動モデル化作業に比べて非常に効率的に複雑な3次元地盤及びトンネル解析モデルを作成することができます。
メッシュ作成 (Mesh Generation)
作成した幾何モデルに解析のためのメッシュを作成します。一般的にソリッドモデルとシェルモデルに対してそれぞれ六面体(Hexa)要素と四角形(Quad)要素の解析結果が優秀なので六面体メッシュと四角形メッシュを使用するのが望ましいですが、ソリッド幾何モデルの形状が複雑な場合にはオートメッシュ作成機能(Auto-Mesh)で高次の四面体(Tetra)要素またはハイブリッド要素を作成して使用することもできます。ハイブリッド要素形状の場合、四角錐と四面体形状を組み合わせて陸めんたい中心で要素を作成する方式です。
<ハイブリッド要素形状>
FEA NXは解析に適合した最適のメッシュを簡単に作れるように多様なメッシュ密度制御機能とオートメッシュ作成機能、マップドメッシュ作成機能(Mapped-Mesh)、押し出しメッシュ機能(Protrude-Mesh)を提供します。
解析条件設定(Analysis Condition)
FEA NXの多様な解析条件設定機能を利用して物性値、荷重、境界条件を入力します。FEA NXでは節点と要素だけでなく幾何データにも荷重、境界条件を与えることができるので形状が複雑なモデル作業時に非常に効率的です。
実務的な観点とウィンドウプログラムの長所をできるだけ反映して開発された荷重、境界条件の指定及び確認機能は便利なGUI環境で多様なシミュレーション機能を共に支援してユーザの作業ミスを最小化します。そして、全ての荷重/境界条件に対してはGUI環境での入力、操作以外にもMS-Excelと互換可能なテーブルを利用した入力/操作機能も一緒に支援されます。
解析 (Analysis)
『解析条件設定』段階で指定した各種荷重、境界条件と解析制御データをもとに解析を実行します。解析が進行される間、メッセージ出力ウィンドウを利用して解析の 進行状況と各種エラー情報などが確認できます。
FEA NXは有限要素法(FEM: Finite Element Method)をもとに盛土、掘削及び材料変化などが含まれた施工ステージ解析と定常/非定常浸透流解析(Steady-state/Transient Seepage Analysis)はもちろん、各種一般静的/動的解析など地盤及びトンネル構造物解析に必要な全ての解析機能を提供します。その他にもFEA NXは解析機の核心である連立方程式Solverで大規模モデルの反復解析で最も優秀な性能を見せているMulti-frontal Sparse Gaussian Solverを搭載して解析時間を画期的に短縮しました。
結果分析 (Post-processing and Result Evaluation)
解析が正常に終了すると結果を検証して実際の設計に必要な各種数値データを収集、整理します。大規模モデルと複雑な施工ステージ解析の結果処理に最適化されたFEA NXのPost-processorはアニメーションを含む多様なグラフィック処理機能とMS-Excelと互換される結果テーブル及びグラフ作成機能を提供して既存の静的なグラフィック画面と手作業に依存していた結果分析及び整理作業を画期的に改善します。
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