Advanced Nonlinear and Detail Analysis Programadmin.midasuser.com/UploadFiles2/95/FEA_Detail.pdfmidas FEA – Advanced Nonlinear and Detail Analysis Program 05 midas FEA の特長

Advanced Nonlinear and Detail Analysis Program

midas FEA – Advanced Nonlinear and Detail Analysis Program

midas FEAは、01概要

• 建設分野に特化した高度な非線形、そして詳細解析の新しいパラダイムを開くプログラムです。

• 1989年からジオメトリモデリング、メッシュ作成、解析機能および最新のグラフィクス技術を蓄積してきました。

• 建設分野に特化した唯一のトータルソリューションであり、実務レベルの解析ツールです。

静的解析

段階施工解析

固有値解析固有値解析

線形座屈解析

材料 / 幾何非線形解析

インターフェイス要素インタフェイス要素

埋込鉄筋要素

ひび割れモデル

静的接触解析静的接触解析

熱伝導 / 熱応力解析

時刻歴 / スペクトル応答解析

疲労解析

2 Copyright ⓒ since 1989 MIDAS Information Technology Co., Ltd. All rights reserved.midas FEA 機能紹介

衝撃解析* ＊印は、今後リリースを予定


midas FEAの歴史02概要

2001 2003 2005 2006

FEAは、建設分野における標準的FEM解析機能（FEM新基準）を


FEAは、建設分野における標準的FEM解析機能（FEM新基準）を

装備した新しい解析ツールです。


midas FEAのシステム基礎03概要

midas FX+モデリング, メッシュ生成, ポストプロセッシング

midas FEAソルバー

線形、非線形 (材料/幾何)接触、熱伝導、疲労

ひび割れ鉄筋インタフェイス

midas FEA土木建築CAEにおける

高度な解析を目的とした統合ソリューションツール

ひび割れ、鉄筋、インターフェイス

TNO DIANA社と技術提携



プログラムの構成04概要

レポートジェネレータ(追加予定）ジオメトリモデラー

FEA ポストプロセッサメッシュジェネレータ

FEM バ詳細入力 FEMソルバー詳細入力



midas FEAの特長05概要

要素の再分割機能（リメッシュ機能）

インターフェイス要素の自動生成

埋込鉄筋要素による効率的なモデル化

関数を利用した荷重入力及び任意位置での荷重載荷

分割表示機能（モデル作成時、結果表示時）

結果数値のタグ出力結果数値のタグ出力

段階施工解析


STEP1 STEP2 STEP3


動作環境について06概要

標準はインターネットを利用したWEB認証

インターネットが利用できない環境の場合は、ソフトウェアロック

サーバー

ネットワークライセンスとは、複数のPCで一つのライセンスを使う。

インターネットを使える環境であれば、何処からでも使用できる。

しかし、同時起動は購入したライセンス数である。

OSMicrosoft Windows 2000, XP, VistaMicrosoft Internet Explorer Ver 6.0以上

同時に1ライセンス

midas FEAの推奨動作環境

CPU Pentium 4 2.4GHz以上

メモリ 1GB以上

HDD 1GB以上の空き容量

PC PC PC

ビデオメモリ 128MB以上

ビデオカード TNT/Geforce系列推奨

解像度 1280×1024ピクセル以上



作業ウィンドウ(Windows環境)07概要

メニュー

ツールバー

ワークツリー

タスクペン

ワクウィンドウ

プロパティウィンドウ

ワークウィンドウ

アウトプットウィンドウ

ウィウ



機能紹介（デ作成）機能紹介（モデル作成）


ジオメトリモデリング00ジオメトリ

インポート

• 形状DXF 2D/3D, STEP, IGES, Brep

CAD形状読み込み

AutoCAD DWG/DXF*ACIS*, Parasolid*

• モデルデータDIANA(FX4D), MSC NASTRAN( )midas MGT, midas MCT 中立ファイル (Text)

• 解析結果結果ファイル(Text / Binary) *結果ファイル(Text / Binary)

‘*’ オプション

エクスポート

• 形状STEP, IGES, Brep

• モデルデータMSC NASTRANmidas Civil midas Gen

メッシュ生成

CADデータ交換の標準STEP (STandard for the Exchange of Product Model Data)


midas Civil, midas Gen中立ファイル (Text)

STEP (STandard for the Exchange of Product Model Data)IGES (Initial Graphics Exchange Specification)


ジオメトリモデリング01ジオメトリ

カブカブサイサイドド高度な高度な

カーブカーブサーフェイスサーフェイスソリッドソリッド高度

モデリング高度

モデリング

• ライン, ポリライン• アーク, サークル• ポリゴン• B-スプライン

• 平面パッチ• Coonsパッチ• NURBSパッチ• グリッドパッチ

• 直方体, 三角柱• 円筒, 円錐• 球, 円環体• 面取り分割

• 押出し• 回転押し出し• ロフト• スイープ• B-スプライン

• トンネル断面• フィレット, 面取り• トリム, 延長• 交差点での分割

オ接線

• グリッドパッチ• ポイントパッチ• フィレット, 面取り• 縫合, 和• トリム, 分割

押出

• 面取り, 分割• 埋め込み• ブーリアン演算

(和, 差, …)• サーフェイス

縫合わ

• スイプ• フィレット, 面取り• オフセット, 抜き勾配• 抽出• ローカルプリズム

ク修

デグデプダボプポ

• オフセット, 接線• 分割, マージ

…

• 押出し• インプリント

…

縫い合わせ…

• チェック, 修正• 移動

…


高度なモデリング機能は，サーフェイスとソリッドのモデル化操作においてトップダウンとボトムアップ共にサポートしています。


モデリング（カーブ）02ジオメトリ

• 直線(ﾗｲﾝ) • B-スプライン

作成

• サーフェイス上のカーブ • フィレット / 面取り

修正

( )• 弧(ｱｰｸ)• 円(ｻｰｸﾙ)• 楕円• 放物線

双曲線

• ポリライン• 矩形• ポリゴン• プロファイル

トネ

• 最短距離のライン作成• サーフェイスの交差点• オフセットカーブ• ポイントからの押出し

カブから接線

• トリム / 延長• マージ / 分割• 交差点での分割• 直線端部の一致

イヤグプ化• 双曲線 • トンネル • カーブから接線 • ワイヤーでグループ化

弧

ポリライン

DXFインポート

ポリライン

直線

サーフェイス交差

プロファイルトンネル

断面B-スプライン


プロファイル(ポリライン+弧の接線)円

断面


モデリング（サーフェイス）03ジオメトリ

ポイント集合

同一平面上のライン

仮想グリッド(M X N)

標高

平面パッチグリッドパッチポイントパッチ

2～4つのライン

任意のライン(境界/接線/内部)


Coonsパッチ NURBSパッチ


モデリング（ソリッド）04ジオメトリ

トリム

ブーリアン演算ブーリアン演算

A B

分割

A B

+

ソリッドに縫い合わせ(フェイス →ソリッド)

和(A ∪ B)

差(A - B)

埋め込み(A - B) + (A ∩ B)

積 (A ∩ B) も提供されています


積 (A ∩ B) も提供されています。


高度なモデリング(作成)05ジオメトリ

ガイドライン

スイープ押出し

プロフイルプロファイル

回転押出し

ロフト

プロファイル

プロファイル

ロフト押出し

プロファイル

プロファイルロフト



高度なモデリング(修正)06ジオメトリ

ローカルプリズム

(和: 高さ指定)サーフェイスのトリム

シェル化

フィレットフィレット


オフセット面取り


ジオメトリのグラフィック表示07ジオメトリ

シェーディング + エッジ

ワイヤーフレーム

透過表示シェーディング + 透過表示


透過表示シェーディング + 透過表示


フレーム→シェル・ソリッドウィザード08ジオメトリ

FEAFEACivilCivil,, GenGen

フレームモデル(一般断面) ソリッド形状作成

MCSフォーマット

解析モデル(3次元3角柱要素)

ムリドウザドはやからムデを


フレーム→ソリッドウィザードは，CivilやGenからフレームモデル(*.MCS) をインポートすることで，ソリッド形状とメッシュを自動生成します。


メッシュ生成01メッシュ

マップマップオートオート押出し押出し操作操作マップマップオトオト押出し押出し操作操作

• 押出し• 回転押出し• 投影• 埋め

• 作成• 抽出• 結合• パラメータ変更

• ソリッド• サーフェイス• エッジ• 平面領域

• ソリッド

• サーフェイス

• カーブからなる面

• 面からなる体積• スイープ

• 形状• 要素

• スムージング• 分割• チェック• 結合• 移動

対象対象

• 4辺領域• 2次元 → 3次元

• 四角形

型型

面体積

• 4節点領域

…

• 要素• 節点

• 移動…

鉄筋やインターフェイス要素生成に関しても様々な生成方法が提供されます (自動 & 手動)

• 四角形• 混合• 三角形


鉄筋やインターフェイス要素生成に関しても様々な生成方法が提供されます。 (自動 & 手動)


マップドメッシュ生成02メッシュ

FEAのマップドメッシュでは，サーフェイスとソリッドジオメトリーに関して、規則性のある

4角形メッシュを生成できます。

エッジからの2Dメッシュ作成パイプ接合部

連結部分

貨物船運送車


連結部分


マップドメッシュ生成03メッシュ

FEAは、非多様体サーフェイスモデルに関して、様々なモデル作成機能とメッシュ生成機能を提供します。

マップドメッシュ（節点を共有して一気にメッシュ生成）

対称のジオメトリー(1/2サーフェイスモデル)


( )


マップドソリッドメッシュ生成04メッシュ

FEAのソリッドのマップドメッシュは，6面体をベースとして、複雑な形状に関しては5面体を

混合したメッシュを生成することができます。

テトラポット

継手部分


継手部分橋脚基礎 (鋼管 + 補強筋 + コンクリート)


サブマップドメッシュ生成05メッシュ

擬似直交形状に関するSub-mapped Meshingの機能を開発しています。

FEAはD.WhiteとM.Whiteleyによって提案されたVolume Sub mappingアルゴリズムに対応しますVolume Sub-mappingアルゴリズムに対応します。

Volume Sub-mappingは，マッピング可能な準体積領域に形状を分割する拡張された3次元マッピング技術です。

David R. White (1996)前面図背面図


擬似直交形状は，おおよそπ/2に近い内角と外角角度になります。


オートサーフェイスメッシュ生成06メッシュ

均一性境界感度方向の

不依存性サイズ制御

(< 1/2)内部

曲線/ポイント

ループメッシャー

グリッドメッシャー

デラウニメッシャー

グリッドメッシャー(4角形+3角形)

ループメッシャー(全て4角形)


(4角形 3角形)(全て4角形)


オートサーフェイスメッシュ生成07メッシュ

FEAはメッシュ作成可能な領域を(サーフェイス作成が

必要なく)ラインから定義し，それぞれの領域において

メッシュを生成する自動定義・メッシュ生成機能を提供メッシュを生成する自動定義メッシュ生成機能を提供

します。

自動定義・メッシュ生成機能は，AutoCADで作成された

複雑な2次元モデル対して非常に役に立ちます。

インポートしたDXFモデル(173個の領域)

自動で領域を定義，メッシュを生成


(173個の領域)


オートソリッドメッシュ生成08メッシュ

FEAのソリッドのオートメッシュ（4面体)では、複雑な形状でもメッシュ生成が可能です。

スムーズなメッシュサイズの調節

ソリッド内部の穴、カーブとポイント位置の考慮



サイズ制御09メッシュ

FEAは様々なサイズ制御方法と，ユーザ指定メッシュサイズや形状特性に基づいたアダプティブ分割機能を提供します。

スムーズ遷移スムーズ遷移

L

h

線形&対称分割

密疎疎

θ L

角度比: sin θ偏向比: h/L

アダプティブ分割バイアス分割


アダプティブ分割バイアス分割& マップドメッシュ


メッシュ押出し10メッシュ

押出し

2次元→ 3次元

埋め

曲線→ 2次元

断面2次元→ 3次元

曲線→ 2次元

シミュレート


節点順序に基づく押出し回転押出し


メッシュ押出し11メッシュ

2次元→ 3次元投影埋め

手前奥

同じ分割

手前曲線→ 3次元

スイープ

2次元→ 3次元

2次元→ 3次元

縮尺 2次元→ 3次元

ガイドライン

スイープ


オフセット


メッシュの再分割12メッシュ

個数による分割

パタンによる分割

パタによる分割を利用すると局

2次元1:2転移

1:3転移

3次元 1:3転移

パターンによる分割を利用すると、局部粗密化を簡単かつ便利に行うことができます。

パタン(1:2) 分割数

分割数

パタ転移


分割数パタン(1:3転移) パタン(1:3転移)


インターフェイス要素の生成13メッシュ

生成方法

• 節点選択

• 節点ID入力

• 要素境界から抽出

• フリーフェイスから抽出

• 梁 / 板の両側に挿入梁 / 板の両側に挿入

• 要素を囲んで

節点選択梁/板の両側に挿入要素境界から抽出


節点選択節点ID入力

梁/板の両側に挿入要素境界から抽出フリーフェイスから抽出


鉄筋 / ＰＣ鋼材要素14 メッシュ

作成方法• 埋込みバー (節点非共有)• トラス要素(節点共有) +

4面体の

• トラス要素(節点共有) +インターフェイス要素 (すべり, 摩擦を表現)

4面体のマップドメッシュ

埋込みバー (節点非共有)

トラス要素 +インターフェイス要素

(節点共有)


解析結果


チェック＆品質保証15 メッシュ

チェック & 確認• フリーエッジ

• フリーフェイスフリフェイス

• 多様性エッジ

• 非多様性エッジ

• 要素座標のチェックと&整列

品質保証• アスペクト比

• 歪曲角度

フリーフェイスのチェック(結合されていない要素面)

歪曲角度

• テーパー (2D)• 反り (2D)• ヤコビアン比

ねじれねじれた体• ねじれ

• つぶれ (4面体)• 長さ / 面積

ねじれた5面体

つぶれた4面体


(ゼロ体積に近い)メッシュ品質プロット


要素ライブラリー16 メッシュ

分類要素次数

1次元トラス (ギャップ / フック ) 1次

梁 1次

構造

梁 1次

2次元

平面応力 (4角形 / 3角形) 1次, 2次

平面ひずみ (4角形 / 3角形) 1次, 2次

軸対称 (4角形 / 3角形) 1次, 2次

板 (4角形 / 3角形) 1次, 2次

3次元 6面体 / 5面体 / 4面体 1次, 2次

結合バネ (弾性結合) -

剛体結合 -

フレーム

非構造

剛体結合

ばね線形連成項適用可ダッシュポット

-

インターフェイス

節点 -

線分 1次 2次インタフェイス線分 1次, 2次

平面 (4角形 / 3角形) 1次, 2次

鉄筋埋め込みバー 1次, 2次

埋め込みグリッド (4角形 / 3角形) 1次, 2次


熱伝導 3次元, (1次元, 2次元), クーリングパイプ、境界要素 1次, 2次クーリングパイプ


荷重・拘束条件01 荷重・境界条件

荷重• 自重

• 力 / モーメント

• 速度 / 加速度

• 発熱力

• 節点質量

• 強制変位

• 圧力

• 梁荷重

• 発熱

• 時間荷重機能

• 地震動

• 応答スペクトル関数梁荷重

• プレストレス

• 温度荷重

境界条件

座標系に基づく拘束

境界条件• 拘束

• 拘束条件式

• 熱伝達熱伝達係数 / 外気温度気

• 固定温度


空間的に変化する分布力発熱関数


任意荷重02 荷重・境界条件

FEAは節点や要素分割に依存しない，任意荷重の場所・面積に適用できる任意荷重機能を提供します。

ポイント荷重(1次元, 2次元, 3次元)

エッジ荷重(1次元, 2次元, 3次元)

4角形分布荷重(2次元, 3次元)

円形分布荷重(2次元, 3次元)



機能紹介（結果表）機能紹介（結果表示）


ポストプロセッシング01 結果表示

グラフ

コンター図

ワークツリー

数値ブ S l


数値テーブル MS-Excel


切断面図02結果表示

オリジナルオリジナル(ソリッド)

パイプクーリング断面 (温度分布)

複数の断面図


任意断面位置での断面図


切り取り図03 結果表示

オリジナル

複数の切り取り図

マウスのドラッグによる切り取り図の定義

切り取り面中央でのグラフと½切り取り図


りり定義りり


分割表示04 結果表示

鋼

インターフェイス

コンクリート

鋼・コンクリート合成桁



結果抽出05 結果表示

結果成分

出力するステップ

選択したデータリスト

節点 / 要素 IDMicrosoft Excelと互換性があるテーブル(時間と結果値)

グラフ (時間と結果値の関係)

節点 / 要素 ID

要素内の出力位置

過渡解析

• 結果抽出元:- 時間 (過渡解析)- ステップ (非線形 / 段階施工解析)- 座標系 (ユーザ定義座標系)


座標系 (ユザ定義座標系)


任意カーブ上の分布図06結果表示

カーブ上（分割位置）での結果コンター図における3次元曲線上のグラフ

曲線上の変位分布図


温度分布図


結果タグ表示07 結果表示

節点での平均値(応力)

切り取り図による部分的な結果

(要素値)

(応力)

節点値

(要素値)

指定した節点と要素の結果の観察とタグ


指定した節点と要素の結果の観察とタグ


その他機能（ﾌﾗｲﾝｸﾞﾋﾞｭｰ,ｱｲｿｻｰﾌｪｲｽ図,ﾐﾗｰ）08 結果表示

対称モデル対称モデル

フラングビュー

アイソサーフェイス図(等値面図)


アイソサーフェイス図(等値面図)ミラー機能


その他機能（断面力図・ベクトル図）09 結果表示

断面力図


ベクトル図（主応力）


寸法線の記入10 結果表示

結果図及びモデル図に直接寸法線を記入



結果図の一括出力11結果表示



機能紹介（基本ジ）機能紹介（基本モジュール）


静的線形解析01 基本モジュール

円筒ジャケットから構成される海上作業台船の鋼製骨組み

(板 + フレーム)

静的線形解析複合荷重ケース

結果の足し合わせと座標変換結果の足し合わせと座標変換

方程式解法直接法- Multi-frontal Sparse Gaussianソルバー (デフォルト)スカイラインソルバ- スカイラインソルバー

反復法- 前処理付き共役勾配法（PCG法）- Generalized Minimal Residual（GMRS）


ジャケットの応力分布解析時間 (Pentium IV 3GHz, 1GB RAM)


固有値解析02 基本モジュール

モード解析

ランチョス法

サブスペース法

線形座屈解析

限界座屈モード

座屈モード

Ritz Vector 荷重足し合わせ

1次モード (64.58 Hz) 2次モード (106.05 Hz) 3次モード (208.96 Hz)

単純支持された防撓板


(板 + 梁)4次モード (270.00 Hz) 5次モード (440.58 Hz)


機能紹介（非線オプ）機能紹介（非線形オプション）


材料構成則01 非線形解析

使用できる材料構成則

RankineTrescaVon MisesDrucker-PragerMohr-Coulomb分散ひび割れモデル（回転・固定）分散ひび割れモデル（回転固定）

インターフェイス要素で考慮できる構成則

弾性（基本モジュールで使用可能）

離散ひび割れモデル

クラックダイラタンシー

ボンドスリップ

クーロン摩擦クーロン摩擦

組み合わせ（ひび割れ-せん断-圧壊）

非線形弾性

硬化関数の入力硬化関数の入力



解析の設定02非線形解析

幾何非線形性の考慮

Total Laglgean法を使用

材料非線形との同時考慮可能

反復計算方法

ニュートンラフソン法

修正ニトンラフソン法修正ニュートンラフソン法

初期剛性一定法

非線形解析専用の出力

塑性状態の表示

ひび割れの円盤・ベクトル表示

リスタト機能リスタート機能

載荷手順

荷重制御(荷重制御、変位制御、弧長増分）


自動増分


インターフェイス要素を用いた解析例03非線形解析

鉄筋の引き抜き解析

コンクリートインターフェイス要素

鉄筋

鉄筋とコンクリートにインターフェイス要素


発生する応力インタフェイス要素に発生する附着応力


ひび割れモデルの解析例と結果表示04非線形解析

平面応力要素を用いたRC単純梁の曲げ解析

ひび割れパターン（円盤表示：ひび割れ面の表示）

ひび割れひずみベクトル

ひび割れの表示方法


表法


幾何学的非線形の解析例05 非線形解析

H鋼の座屈解析リングの大変形解析

幾何学的非線形を考慮した解析例



機能紹介（熱応力オプ）機能紹介（熱応力オプション）


時間依存性材料01 熱応力解析

クリープクリープ // 乾燥収縮乾燥収縮

構造特性構造特性

熱伝導熱伝導特性特性

圧縮強度圧縮強度



熱伝導02 熱応力解析

断熱温度上昇式断熱温度上昇式

熱伝達率関数

発熱関数

• 発熱関数:- コンクリート標準示方書準拠

最終温度上昇量

• 熱伝達率関数:- テーブル入力

最終温度上昇量反応速度係数

- テーブル入力• 外気温度関数:- 正弦関数- テーブル入力


外気温度関数


熱応力施工ステージの設定03 熱応力解析

ドラックドラック & & ドロップドロップ

ステージの定義

自動ステップ生成機能

ステージのシミュレートステージのシミュレート



パラメトリック解析機能04 熱応力解析

材料特性、コンクリート打設条件、外気境界条件

をパラメータ化して反復解析を実行

⇒ 条件別に検討した後で最適条件を設定可能

段階施工ステージ設定

パラメータ設定

解析ケース設定

マルチウィンドウを利用した解析結果の比較

パラメータ選択


パラメータ定義熱応力結果グラフを利用した解析結果の比較


結果表示05 熱応力解析

温度グラフ温度グラフ

コンター図ンタ図

ポストデータ応力応力グラフグラフ



解析例06熱応力解析

BOXカルバートの熱応力解析

第3リフト

第2リフト

第１リフト

地盤

解析モデル及び打設リフト図


解析デル及び打設リフト図


解析例07熱応力解析

側壁打設2日後の温度コンター図


頂板打設2日後の温度コンター図


機能紹介（時刻歴解析オプ）機能紹介（時刻歴解析オプション）


時刻歴解析の設定01 動的解析

解析手法・時間増分及び出力間隔の設定

解析手法

モード重ね合わせ法

直接積分法

減衰定数の定義

モード減衰（モード重ね合わせ法のみ）

レーリー減衰レリ減衰


※ 非線形動的解析はできません。


時刻歴荷重の設定02 動的解析

•入力地震波- テーブル入力- 地震波のデータベースからの入力

加震方向の設定加震方向の設定

入力地震波の設定入力地震波の設定


入力地震波の設定入力地震波の設定


応答スペクトルの定義・生成03 動的解析

応答スペクトル作成画面応答スペクトル作成画面

道路橋示方書に準拠した、道路橋示方書に準拠した、応答スペクトルの生成応答スペクトルの生成



応答スペクトル解析の設定04動的解析

応答スペクトル解析の設定

加震方向の設定（任意方向へ設定可能）

使用するスペクトル関数の選択

減衰定数の定義

モード減衰

レリ減衰レーリー減衰

応答スペクトル解析の設定応答スペクトル解析の設定


減衰の設定減衰の設定


時刻歴結果の出力（グラフ表示）05 動的解析

グラフ出力の設定画面

グラフ出力する、要素、節点、結果種類の選択

時刻歴グラフ


節点、結果種類選択


機能紹介（疲労解析オプ）機能紹介（疲労解析オプション）


S-N曲線の定義01 疲労解析

荷重サイクルのカウント方法

レインフロー法

結果出力

疲労破壊までの荷重サイクルの回数

疲労損傷度

荷重振幅の定義荷重振幅の定義SS--NN曲線の定義と曲線の定義と疲労解析の設定疲労解析の設定



解析例02 疲労解析

疲労破壊が発生するまでの荷重サイクル回コンター図

損傷度コンター図

スティフナ付角回し溶接継ぎ手試験片の解析例


スティフナ付角回し溶接継ぎ手試験片の解析例

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