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公開番号2024160825
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-15
出願番号2023076231
出願日2023-05-02
発明の名称装置及び変形解析方法
出願人日本電信電話株式会社,学校法人早稲田大学
代理人個人,個人,個人
主分類G06F 30/23 20200101AFI20241108BHJP(計算;計数)
要約【課題】簡易かつ精度の高い3次元有限要素法モデルを生成する装置を提供する。
【解決手段】複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状の入力を受けるデータ入力部10と、境界条件の入力を受ける条件入力部20と、データ入力部10に入力された形状、及び境界条件から、3次元有限要素法モデルを生成するモデル生成部30と、生成された3次元有限要素法モデルを出力するモデル出力部40と、を備え、モデル生成部30は、ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化し、ばねの両節点間の変位と、複数の鋼製セグメント継手に形成されているボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、ボルトの初期締付力を荷重でモデル化し、複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化する、装置が提供される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、前記複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状の入力を受けるデータ入力部と、
前記複数の鋼製セグメント継手への作用、前記ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件の入力を受ける条件入力部と、
前記データ入力部に入力された、前記複数の鋼製セグメント継手の形状、前記ボルト締結部の形状、及び前記条件入力部に入力された前記境界条件から、３次元有限要素法モデルを生成するモデル生成部と、
前記モデル生成部により生成された前記３次元有限要素法モデルを出力するモデル出力部と、
を備え、
前記モデル生成部は、
前記ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化し、
前記ばねの両節点間の変位と、前記複数の鋼製セグメント継手に形成されている前記ボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、前記ボルトの初期締付力を荷重でモデル化し、
前記複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化する、
装置。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記モデル生成部は、前記ボルトの初期締付力を、前記ばねの両節点への集中荷重でモデル化する、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数の鋼製セグメント継手は、ワッシャを介して、前記ボルトによって締結され、
前記モデル生成部は、前記ボルトの初期締付力を、前記複数の鋼製セグメント継手の、対応するワッシャに接触している範囲への分布荷重でモデル化する、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記継手間接触力は、摩擦力を含む、
請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、前記複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状を装置に入力することと、
前記複数の鋼製セグメント継手への作用、前記ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件を前記装置に入力することと、
前記複数の鋼製セグメント継手の形状、前記ボルト締結部の形状、及び前記境界条件から、３次元有限要素法モデルを前記装置により生成することと、
前記３次元有限要素法モデルに基づいて、前記複数の鋼製セグメント継手の変形解析を有限要素法ソルバにより行うことと、
を含み、
前記３次元有限要素法モデルを生成することが、
前記ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化することと、
前記ばねの両節点間の変位と、前記複数の鋼製セグメント継手に形成されている前記ボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、前記ボルトの初期締付力を荷重でモデル化することと、
前記複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化することと、
を含む、
鋼製セグメント継手の変形解析方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、装置及び変形解析方法に関するものである。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年，社会インフラの劣化対策が強く求められるようになり、電気通信、鉄道、水道などのために建設されてきたシールドトンネルに対する維持管理技術の需要が高まっている。比較的古いシールドトンネルには鋼製セグメントの一次覆工の内面無筋コンクリートの二次覆工が設けられる構造形式がみられる。
【０００３】
この構造形式では，通常，設計においては二次覆工の構造性能を評価しない。しかし建設後の残存耐力評価においては、二次覆工も含めた評価が有効と考えられる。なぜなら二次覆工の応力状態の評価を可能とすることで、二次覆工のひび割れから、当該ひび割れ近傍の一次覆工で、目視点検できない一次覆工の腐食により、一次覆工で降伏応力が負荷されたことを推定する等の応用が期待できるためである。
【０００４】
ここで、広く用いられている、はり－ばねモデルによる計算法による解析例がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
藤本育雄，中島信，木村定雄，小泉淳，「はり－ばねモデル計算法による断面力算定に関する一考察」，トンネル工学研究論文・報告集第８巻，1998年11月，報告（39），p. 307-312
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一次覆工と二次覆工との間の相互作用は、覆工間ばねによってモデル化され得る。しかしながら、覆工間の相互作用のモデル化に制約が多いため、二次覆工の応力状態の再現に課題があった。特に、はりばねモデルの覆工間ばねでは、鋼とコンクリートとの間の力の伝達の表現が難しかった。
【０００７】
この問題は自由度の高いモデル化が可能な3次元有限要素法により解決できると考えられる。しかし鋼製セグメントのシールドトンネル自体の3次元有限要素法による解析例が少ない。また、Izumi S, Yokoyama T, Iwasaki A, Sakai S, Three-dimensional finite element analysis of tightening and loosening mechanism of threaded fastener, Eng. Fail. Anal. 12(4), 604 - 615, 2005.には、ねじ山までモデル化した詳細モデルが記載されている。一方で、必要な精度を確保しつつ計算時間を短縮するためモデルをどれだけ簡易化してもよいかも明らかでない。
【０００８】
そこで本開示は、簡易かつ精度の高い３次元有限要素法モデルを生成する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態に係る装置は、複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、前記複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状の入力を受けるデータ入力部と、
前記複数の鋼製セグメント継手への作用、前記ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件の入力を受ける条件入力部と、
前記データ入力部に入力された、前記複数の鋼製セグメント継手の形状、前記ボルト締結部の形状、及び前記条件入力部に入力された前記境界条件から、３次元有限要素法モデルを生成するモデル生成部と、
前記モデル生成部により生成された前記３次元有限要素法モデルを出力するモデル出力部と、
を備え、
前記モデル生成部は、
前記ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化し、
前記ばねの両節点間の変位と、前記複数の鋼製セグメント継手に形成されている前記ボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、前記ボルトの初期締付力を荷重でモデル化し、
前記複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化する。
【００１０】
一実施形態に係る変形解析方法は、複数の鋼製セグメント継手の形状、及びボルトの、前記複数の鋼製セグメント継手を締結しているボルト締結部の形状を装置に入力することと、
前記複数の鋼製セグメント継手への作用、前記ボルトの初期締付力、及び支持条件を含む境界条件を前記装置に入力することと、
前記複数の鋼製セグメント継手の形状、前記ボルト締結部の形状、及び前記境界条件から、３次元有限要素法モデルを前記装置により生成することと、
前記３次元有限要素法モデルに基づいて、前記複数の鋼製セグメント継手の変形解析を有限要素法ソルバにより行うことと、
を含み、
前記３次元有限要素法モデルを生成することが、
前記ボルト締結部の剛性を、軸方向及びせん断方向に変形するばねでモデル化することと、
前記ばねの両節点間の変位と、前記複数の鋼製セグメント継手に形成されている前記ボルトを挿入可能なボルト孔の縁の変位とを同一にした上で、前記ボルトの初期締付力を荷重でモデル化することと、
前記複数の鋼製セグメント継手同士の間の接触を継手間接触力でモデル化することと、
を含む。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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