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株式会社 エイ・エス・アイ総研
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このサイトは、有限要素法(FEM)による円筒形深海圧力容器の線形 弾性解析を実施する、FEM解析技術者にとってやさしい実用的なWindows プログラムを説明しています。このプログラムはJAMSTEC(独立行政 法人海洋研究開発機構)殿の監修のもとで(株)エイ・エス・アイ総研が開発しています。

プログラムの概要

  FEM のプログラムには,NASTRAN(R),ANSYS(R),ABAQUS(R) などの著名なコードをはじめ,極めて多くのパッケージが存在します.これらの多くは汎用ソフトであり,線形弾性解析のみならず,非線形問題,破壊力学,振動を含む動的な挙動,さらには熱や流体の解析や連成問題など,きわめて広汎な問題に対処でき,それこそ至れり尽せりの機能を持っています.さらにプリ・ポスト処理などユーザーインターフェイスとしても様々な便利なツールが提供されて居ます.
しかし,このような高度な汎用性は使う側からすると一種のバリヤになりかねない面を持っています.極めて限定された特殊な目的のために大きな汎用ソフトの使用法を覚えねばならないことに違和感を抱くのは自然ですし,入力操作一つをとっても,非効率な面があることは頷けるでしょう.近所への買物には,高級車を使うより自転車の方が便利なことも多いと言えます.
 本プログラムはこのような観点から,使用目的を限定し,一様な水圧を受ける円筒型圧力容器の線形弾性解析のみを対象とし,PC 上で動き,ターンアラウンドが短く,手軽にかつ計算コストをほとんど考えずに使えるツールを目指しています.解析の手法はガラーキン法に基づくFEM です.要素は最も簡単な6面体1次要素を採用しています.


プログラムの特徴

① 実用的

実用性を重視して,適用対象を円筒形状の圧力容器の弾性解析に限定して開発したソフトです.開発は現場の技術者の意見を参考にして設計補助向けに行っています.

 

実用性を考えた必要にして十分なモデル化
軸対称の特性を生かし,円筒座標系を使用して居るので,周方向の円弧は,有限個の要素に分割することにより線分で近似されるわけではなく,要素によって厳密に再現されるから,少なくとも円筒部分については1次要素でしかも分割数がかなり粗くても十分な精度が得られます.従って,要素数をそれほど多く取らなくても実用の計算には十分役に立つ遣い勝手のよいプログラムになって居ると考えられます.

頻繁に用いる図化機能が既に作りこまれています
設計実務では,注目した寸法パラメータを変えて影響を調べる,いわゆるパラメータサーベ が行われます.そんなとき,専用の図化ソフトを立ち上げているのでは時間がもったいない.
計算結果が即分かり易く図化される機能は必須です.気の利いた表示機能になっています.
・使用頻度の高い変形量,応力値の分布図他Trescaの応力もしくはMisesの応力も表示できるようになっています.

② 簡単解析
本ソフトは数千メッシュ点の計算をトライアンドエラー的に何度も繰り返して行う使い方を想定して作られています.そうした計算にはターンアラウンド時間が短いことが必須です.本ソフトはこの観点から次のようなことを重視しています.

簡単にメッシュが作れる
ユーザは,幾何寸法やメッシュ作成に必要なパラメータを順次埋めていくだけ.それで計算メッシュが作れます.

欲しい結果を素早く計算(=軽い計算)
取り扱う問題に適した解析ソルバーが予め選ばれているので計算速度は十分高速です*注).また問題に適した解析ソルバーを選んでいるので,使用者に解析についての込み入った専門知識を強いません.

手元のノートPCで使えるハンディーさ
・パワーの高い計算機環境を必要としません
・JAVAが動く環境であれば動作します

*注)マトリックスソルバーにはICCG法を採用しており,例えば極めて単純な円筒モデルで要素数が2000(従って方程式の未知数は6000)程度の場合,一回の計算に必要なCPUタイムは3~7秒ほどです(クロック周波数3GHZのPCの場合,CPUの新旧により異なります).

③ ソルバーは本格的
ソルバーの中身は実績のあるガラーキン法FEMを使っています.また,ソルバーは3次元解析を行っており,2次元軸対称モデルなどによる簡易モデル化は行っていません.したがって,2次元モデル化による制約はありません.

 

④ 初心者にやさしい
簡単な使い方を覚えるのに,数百ページにマニュアルを何冊も開いて,直訳英文調の難解な用語を読まなければならなかったり,1つのタブをクリックすると意味の分からないブルダウンメニューが数十行も出てくるのでは使う気も失せます.初心者は,何をどうしたら良いかさえ分からないもの.初心者には,迷い道をしないような一方通行の手順で誘導し,道に覚えて余裕が出来て,それから枝葉の機能は使っているうち自然に覚えてしまう,というソフトが理想的.本ソフトは使っているうちに覚えてしまうでしょう.


・込み入った物理や数学や解析理論を学習している時間は無いけれど解析ソフトを使わないわけにはいかない,という場合に
・とりあえず結果を出さなければならない,という差し迫った用途に
・新人に厳密なFEMの理論を身に着けさせるための教育用ソフトとして

 

圧力容器理論検討書はPDFをご覧下さい。
  PDF(日本語)はこちら(629KB)

 


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