４章 モデル入力データの作成
４－１ モデルの作成
解析の対象領域を６面体の有限要素を用いたモデルに置き換える。図４－１に示す柱と梁の構造物を、図４－２に示すモデルに置き換える場合を例にして、モデルの作成方法を説明する。
１）モデルのタイトル
タイトルを整数５文字以下で付ける。４０１とする。
２）要素分割
解析の対象領域を６面体の要素に分割する。モデル４０１は、対象性を考慮して左半分の領域に６個の要素を設定している。
３）要素の番号
要素に番号を付ける。付け方の順番は任意である。
４）材質の種類とその番号
要素の材質について、何種類あるかを決め、種類に番号を付ける。番号ごとにヤング率とポアソン比を一定にする。ただしポアソン比は０.０以上０.５未満の値にしなければならない。
５）座標の設定
ＸＹＺ直交座標を設定する。
６）節点の設定
要素の頂点と稜の中間に位置する点に節点を設定する。稜の中間の節点はどの位置にあってもよいが、通常は稜の長さを２等分する中点付近が望ましい。
７）節点の番号
節点に番号を付ける。番号の付け方は任意である。
８）節点に与える変位と節点力
全ての節点において、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向のそれぞれで、変位または節点力のいずれか一方を必ず与える。このとき全体が平行移動や回転を起こさないような変位を必ず与える。
図４－１ 柱と梁の構造物
４－２ モデル入力デ－タの数値の並び
モデル入力デ－タは、表４－１のように次の１）～１０）の数値を並べて作成する。表４－２は図４－２のモデル４０１について作成した入力データである。
１）Ｎ１０＝整数５字枠（１～５欄）。タイトル。
２）Ｎ１１＝整数５字枠（１～５欄）。要素数。
Ｎ１２＝整数５字枠（６～１０欄）。節点数。
Ｎ１３＝整数５字枠（１１～１５欄）。材質の種類の数。
Ｎ１４＝整数５字枠（１６～２０欄）。数値積分するときのガウスの積分点の数。通常は３。
３）番号１の節点の座標。
Ｎ２０＝整数５字枠（１～５欄）。節点の番号。
Ｃ２１＝小数１５字枠（６～２０欄）。節点のＸ座標。
Ｃ２２＝小数１５字枠（２１～３５欄）。節点のＹ座標。
Ｃ２３＝小数１５字枠（３６～５０欄）。節点のＺ座標。
節点に与える変位と節点力
節点１～８ Ｘ方向変位０、Ｙ方向変位０、Ｚ方向変位０
節点５７～５９、６４、６５ Ｘ方向外力０、Ｙ方向変位０、Ｚ方向外力０
節点７８，８０ Ｘ方向外力０、Ｙ方向変位０、Ｚ方向外力－１００kgf
節点７９ Ｘ方向外力０、Ｙ方向変位０、Ｚ方向外力－４００kgf
図４－２ モデル４０１
４）節点の番号順に節点の数だけ３）と同じ行が続く。
５）番号１の要素に関する値である。
Ｎ３０ ＝整数４字枠（１～４欄）。要素の番号。
Ｎ３１ ＝それぞれ整数４字枠（Ｎ３１～Ｎ４０は５～４４欄、Ｎ４１～Ｎ５０は２行目の５～４４欄）。～Ｎ５０ 要素の２０個の節点の番号。頂点にある節点のどれか１つを最初のＮ３１に選び、図４－３ に示す位置関係の順番でそれぞれの節点の番号を並べる。
Ｎ５１ ＝整数４字枠（４５～４８欄）。材質の種類の番号。
Ｃ５２ ＝小数１０字枠（４９～５８欄）。乾燥収縮吸湿膨張または温度変化による要素の歪度。９－１２節で説明する。
６）要素の番号順に要素の数だけ５）と同じ内容が続く。
７）番号１の材質の種類に関する値である。
Ｎ６０＝整数５字枠（１～５欄）。材質の種類の番号。
Ｃ６１＝小数１５字枠（６～２０欄）。ヤング率。
Ｃ６２＝小数１５字枠（２１～３５欄）。ポアソン比。
８）材質の番号順に材質の種類の数だけ７）と同じ内容が続く。
９）節点に与える境界条件に関する値である。
Ｎ７０＝整数５字枠（１～５欄）。変位または０でない節点力を与える節点の番号。
Ｎ７１＝整数５字枠（６～１０欄）。Ｘ方向に与えるのが変位のとき１、節点力のとき０。
Ｎ７２＝整数５字枠（１１～１５欄）。Ｙ方向に与えるのが変位のとき１、節点力のとき０。
Ｎ７３＝整数５字枠（１６～２０欄）。Ｚ方向に与えるのが変位のとき１、節点力のとき０。
Ｃ７４＝小数１５字枠（２１～３５欄）。Ｘ方向に与える変位または節点力の値。
Ｃ７５＝小数１５字枠（３６～５０欄）。Ｙ方向に与える変位または節点力の値。
Ｃ７６＝小数１５字枠（５１～６５欄）。Ｚ方向に与える変位または節点力の値。
１０）変位または０でない節点力を与える節点の数だけ９）と同じ内容が続く。
図４－３ 要素の２０個の節点の位置関係。平面６面体でも曲面６面体でも同じ。最初のN31は８つの頂点から任意に選べ、N31とＮ32を決めると残りの１８個の節点が決まる。
Ｘ方向とＹ方向とＺ方向のいずれでも０の節点力を与える節点は、入力デ－タとして９）、１０）の所で節点力を与える必要がない。これらは計算の実行において自動的に与えられる。
１１）デ－タの最後に行の先頭から５文字で９９９９９を入れる。
表４－１ モデル入力デ－タの並び
（注：最上行の数字は、数値配列の欄の数で、入力データではない。
各行先頭の１）～１０）のは、説明箇所の表示で、入力データではない）
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
1) N10
2) N11 N12 N13 N14
3) N20 C21 C22 C23
4) 〃 〃 〃 〃
4) 〃 〃 〃 〃
4) 〃 〃 〃 〃
5) N30 N31 N32 N33 N34 N35 N36 N37 N38 N39 N40
N41 N42 N43 N44 N45 N46 N47 N48 N49 N50 N51 C52
6) 〃
〃
6) 〃
〃
6) 〃
〃
7) N60 C61 C62
8) 〃 〃 〃
8) 〃 〃 〃
8) 〃 〃 〃
9) N70 N71 N72 N73 C74 C75 C76
10) 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃
10) 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃
10) 〃 〃 〃 〃 〃 〃 〃
11) 99999
表４－２ モデル４０１の入力デ－タ
401
6 80 2 3
1 0.000000 0.000000 0.000000
2 20.000000 0.000000 0.000000
3 40.000000 0.000000 0.000000
4 0.000000 30.000000 0.000000
5 40.000000 30.000000 0.000000
6 0.000000 60.000000 0.000000
7 20.000000 60.000000 0.000000
8 40.000000 60.000000 0.000000
9 0.000000 0.000000 75.000000
10 40.000000 0.000000 75.000000
11 0.000000 60.000000 75.000000
12 40.000000 60.000000 75.000000
13 0.000000 0.000000 150.000000
14 20.000000 0.000000 150.000000
15 40.000000 0.000000 150.000000
16 0.000000 30.000000 150.000000
17 40.000000 30.000000 150.000000
18 0.000000 60.000000 150.000000
19 20.000000 60.000000 150.000000
20 40.000000 60.000000 150.000000
21 0.000000 0.000000 210.000000
22 40.000000 0.000000 210.000000
23 0.000000 60.000000 210.000000
24 40.000000 60.000000 210.000000
25 0.000000 0.000000 270.000000
26 20.000000 0.000000 270.000000
27 40.000000 0.000000 270.000000
28 0.000000 30.000000 270.000000
29 40.000000 30.000000 270.000000
30 0.000000 60.000000 270.000000
31 20.000000 60.000000 270.000000
32 40.000000 60.000000 270.000000
33 0.000000 0.000000 310.000000
34 40.000000 0.000000 310.000000
35 0.000000 60.000000 310.000000
36 40.000000 60.000000 310.000000
37 0.000000 0.000000 350.000000
38 20.000000 0.000000 350.000000
39 40.000000 0.000000 350.000000
40 0.000000 30.000000 350.000000
41 40.000000 30.000000 350.000000
42 0.000000 60.000000 350.000000
43 20.000000 60.000000 350.000000
44 40.000000 60.000000 350.000000
45 0.000000 110.000000 280.000000
46 40.000000 110.000000 280.000000
47 0.000000 160.000000 290.000000
48 20.000000 160.000000 290.000000
49 40.000000 160.000000 290.000000
50 0.000000 220.000000 290.000000
51 40.000000 220.000000 290.000000
52 0.000000 280.000000 290.000000
53 20.000000 280.000000 290.000000
54 40.000000 280.000000 290.000000
55 0.000000 340.000000 290.000000
56 40.000000 340.000000 290.000000
57 0.000000 400.000000 290.000000
58 20.000000 400.000000 290.000000
59 40.000000 400.000000 290.000000
60 0.000000 160.000000 320.000000
61 40.000000 160.000000 320.000000
62 0.000000 280.000000 320.000000
63 40.000000 280.000000 320.000000
64 0.000000 400.000000 320.000000
65 40.000000 400.000000 320.000000
66 0.000000 110.000000 350.000000
67 40.000000 110.000000 350.000000
68 0.000000 160.000000 350.000000
69 20.000000 160.000000 350.000000
70 40.000000 160.000000 350.000000
71 0.000000 220.000000 350.000000
72 40.000000 220.000000 350.000000
73 0.000000 280.000000 350.000000
74 20.000000 280.000000 350.000000
75 40.000000 280.000000 350.000000
76 0.000000 340.000000 350.000000
77 40.000000 340.000000 350.000000
78 0.000000 400.000000 350.000000
79 20.000000 400.000000 350.000000
80 40.000000 400.000000 350.000000
1 1 3 8 6 13 15 20 18 2 5
7 4 9 10 12 11 14 17 19 16 1 0.0000000
2 13 15 20 18 25 27 32 30 14 17
19 16 21 22 24 23 26 29 31 28 1 0.0000000
3 25 27 32 30 37 39 44 42 26 29
31 28 33 34 36 35 38 41 43 40 1 0.0000000
4 30 32 49 47 42 44 70 68 31 46
48 45 35 36 61 60 43 67 69 66 2 0.0000000
5 47 49 54 52 68 70 75 73 48 51
53 50 60 61 63 62 69 72 74 71 2 0.0000000
6 52 54 59 57 73 75 80 78 53 56
58 55 62 63 65 64 74 77 79 76 2 0.0000000
1 220000.000000 0.200000
2 230000.000000 0.200000
1 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
2 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
3 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
4 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
5 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
6 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
7 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
8 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
57 0 1 0 0.000000 0.000000 0.000000
58 0 1 0 0.000000 0.000000 0.000000
59 0 1 0 0.000000 0.000000 0.000000
64 0 1 0 0.000000 0.000000 0.000000
65 0 1 0 0.000000 0.000000 0.000000
78 0 1 0 0.000000 0.000000 -100.000000
79 0 1 0 0.000000 0.000000 -400.000000
80 0 1 0 0.000000 0.000000 -100.000000
99999
４－３ モデル入力デ－タの数値の並びにおける条件
入力デ－タの数値の並びは、下記の条件を必ず満たすようにする。
・整数は枠内の右に寄せて入れ、右端に空白を残さない。
・小数は枠の左（先頭）を１字以上空白にする。
・小数は小数点を必ず付ける。
・入れる数がない枠にも、整数０または小数０．０を必ず入れる。
・ゼロの小数は０．０を入れる。 ．０や ． にしない。
・最後の行に先頭から９９９９９を入れる。
４－４ モデルの節点数の限度
モデルに設定できる節点等の数には、次のような制限がある。
節点の数 ８０００以下
要素の数 ２０００以下
材質の種類 ５００以下
また、使用するパソコンのハ－ドディスクの空き容量による制限があり、空き容量に納まるデ－タ量のモデルでないと計算できない。モデルのデ－タ量は節点数によって決まる。計算できるモデルの接点数の限度は、６－１節と９－１５節で説明する。サンプルソフトは、節点の数が１０００以下の制限がある。
４－５ モデル入力デ－タのファイルの作成方法
推奨する方法 類似の形状のモデルの入力デ－タを編集して書き直す。
極力避ける方法 モデル入力デ－タのすべてをキ－ボ－ドから入力する。
類似のモデルの入力デ－タがない場合 類似のモデル入力デ－タを以下に説明するようにパソコンで自動作成した後、それを編集する。
モデル入力デ－タの自動作成は、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸に平行な稜をもつ基本モデル入力デ－タを作成し、必要に応じて節点の座標を書き直した後、基本モデル入力デ－タが２つ以上ある場合はそれらを同じ座標の節点で接合されるように合成して行う。自動作成されたモデル入力デ－タは、とりあえず暫定的な値を入れている箇所があるので、それらの値を修正する。
図４－２のモデル４０１を例にする。図４－４に示すような基本モデル４０２と基本モデル４０３に分け
図４－４
る。ただし基本モデル４０３は、左の要素の稜をＹ軸に平行になるように変更している。なお、あらかじめ
１－３節の準備が必要です。パソコンの操作方法は１－２節を参照。
１）パソコンをＷｉｎｄｏｗｓで起動し、ハ－ドディスク上に自分の作業用に作成したフォルダ（ここでは hirai ）の窓を開く。
２）画面のフォルダ hirai の窓の中のＦ３ＤＣＲ．ＥＸＥのアイコンをダブルクリックする。
３）画面に新しい窓が開き、図４－５のような表示が上から順に出る。ただしア）～シ）の説明は出ない。このときアンダーラインを付けた数値の箇所に、？マークが出て表示が一時停止するので、次のア）～シ）の説明のように基本モデル４０２の入力デ－タの数値をキ－ボ－ドで入力する。
４）キ－ボ－ドからの入力が終了すると、作成された基本モデル４０２の入力デ－タが画面の窓に表示され、同時にフォルダ hirai のファイルＤＤに収納される。
５）ファイルＤＤの名前をＤＡに変更する。
６）２）～４）と同様に、図４－４の基本モデル４０３の入力デ－タを入れたファイルＤＤを作成する。
７）基本モデル入力デ－タはＸ軸とＹ軸とＺ軸に平行な稜の要素を設定したモデルであるから、節点の座標が本来のモデルの該当する部分と違う場合は、ファイルＤＤのその節点の座標を書き直す。表４－３は６）で作成した基本モデル４０３の入力デ－タであるが、これを編集して表４－４に示すようにアンダ－ラインを引いた１～５，１９、２０の節点のＺ座標を修正する。
８）ファイルＤＤの名前をＤＢに変更する。
９）画面のフォルダ hirai の窓の中のＦ３ＤＳＹ．ＥＸＥのアイコンをダブルクリックする。
１０）ファイルＤＡとＤＢの入力デ－タが合成され、合成された入力データはフォルダ hirai の中のファイルＤＤに収納される。この間はきわめて短時間であり、新しい窓が開き合成が正常に終わると閉じる。
１１）合成するファイルＤＡとＤＢの入力デ－タに間違いがあるときは、新しく開いた窓が閉じずに — DATA ERROR — IRR = ##### と窓に表示され、同時にフォルダのファイルＤＤに書き込まれる。##### は間違いを調べるための整数であり、６－２節の表６－１のような間違いがある。この場合は、Ｙ と ENTER のキ－を押すと窓が閉じる。ファイルＤＡとＤＢの入力デ－タの間違いを修正して、はじめからやり直す。
１２）モデル入力デ－タを３つ以上合成する場合は、はじめ２つのモデル入力デ－タを合成した入力データ
をファイルＤＡに入れ、次のモデルの入力データをファイルＤＢに入れて、９）を繰り返す。
——– CREATION INPUT DATA ——-
TITLE =
４０２ ア）モデルのタイトル
Ｘ-COORDINATE OF BASIS POINT =
０．０ イ）位置の基準となるはじめの節点のＸ座標
Ｙ-COORDINATE OF BASIS POINT =
０．０ ウ）位置の基準となるはじめの節点のＹ座標
Ｚ-COORDINATE OF BASIS POINT =
０．０ エ）位置の基準となるはじめの節点のＺ座標
Ｘ-DIRECTION DIVISION NUMBER =
１ オ）Ｘ方向の分割数
Ｘ-DIRECTION DIVIDE LENGTH OF NO. 1 =
４０．０ カ）Ｘ方向の分割ごとの長さ
Ｙ-DIRECTION DIVISION NUMBER =
１ キ）Ｙ方向の分割数
Ｙ-DIRECTION DIVIDE LENGTH OF NO. 1 =
６０．０ ク）Ｙ方向の分割ごとの長さ
Ｚ-DIRECTION DIVISION NUMBER =
３ ケ）Ｚ方向の分割数
Ｚ-DIRECTION DIVIDE LENGTH OF NO. １ =
１５０．０ コ）Ｚ方向の分割ごとの長さ
Ｚ-DIRECTION DIVIDE LENGTH OF NO. ２ =
１２０．０ サ）Ｚ方向の分割ごとの長さ
Ｚ-DIRECTION DIVIDE LENGTH OF NO. ３ =
８０．０ シ）Ｚ方向の分割ごとの長さ
図４－５ 基本モデル４０２の入力データを自動作成するときの窓に
出る表示。アンダ－ラインとア）～シ）は説明のために記入。
１３）入力する値を間違えた場合は、CTRL と Ｃ のキ－を同時に押すと入力デ－タの自動作成が中止するので、２）または６）からやり直す。
１４）自動作成されたモデル入力データは、次の箇所に暫定的な値を入れているので編集用のアプリケーションを使って修正する。
・タイトル
・材料の種類の数
・要素の材質の種類
・材質のヤング率とポアソン比
・節点に与える変位と０でない節点力
表４－３ 自動作成された基本モデル４０３の入力デ－タ
403
3 44 1 3
1 0.000000 60.000000 290.000000
2 20.000000 60.000000 290.000000
3 40.000000 60.000000 290.000000
4 0.000000 110.000000 290.000000
5 40.000000 110.000000 290.000000
6 0.000000 160.000000 290.000000
7 20.000000 160.000000 290.000000
8 40.000000 160.000000 290.000000
9 0.000000 220.000000 290.000000
10 40.000000 220.000000 290.000000
11 0.000000 280.000000 290.000000
12 20.000000 280.000000 290.000000
13 40.000000 280.000000 290.000000
14 0.000000 340.000000 290.000000
15 40.000000 340.000000 290.000000
16 0.000000 400.000000 290.000000
17 20.000000 400.000000 290.000000
18 40.000000 400.000000 290.000000
19 0.000000 60.000000 320.000000
20 40.000000 60.000000 320.000000
21 0.000000 160.000000 320.000000
22 40.000000 160.000000 320.000000
23 0.000000 280.000000 320.000000
24 40.000000 280.000000 320.000000
25 0.000000 400.000000 320.000000
26 40.000000 400.000000 320.000000
27 0.000000 60.000000 350.000000
28 20.000000 60.000000 350.000000
29 40.000000 60.000000 350.000000
30 0.000000 110.000000 350.000000
31 40.000000 110.000000 350.000000
32 0.000000 160.000000 350.000000
33 20.000000 160.000000 350.000000
34 40.000000 160.000000 350.000000
35 0.000000 220.000000 350.000000
36 40.000000 220.000000 350.000000
37 0.000000 280.000000 350.000000
38 20.000000 280.000000 350.000000
39 40.000000 280.000000 350.000000
40 0.000000 340.000000 350.000000
41 40.000000 340.000000 350.000000
42 0.000000 400.000000 350.000000
43 20.000000 400.000000 350.000000
44 40.000000 400.000000 350.000000
1 1 3 8 6 27 29 34 32 2 5
7 4 19 20 22 21 28 31 33 30 1 0.0000000
2 6 8 13 11 32 34 39 37 7 10
12 9 21 22 24 23 33 36 38 35 1 0.0000000
3 11 13 18 16 37 39 44 42 12 15
17 14 23 24 26 25 38 41 43 40 1 0.0000000
1 200000.000000 0.200000
1 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
2 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
3 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
99999
表４－４ 節点の座標を修正した基本モデル４０３の入力データ
403
3 44 1 3
1 0.000000 60.000000 270.000000
2 20.000000 60.000000 270.000000
3 40.000000 60.000000 270.000000
4 0.000000 110.000000 280.000000
5 40.000000 110.000000 280.000000
6 0.000000 160.000000 290.000000
7 20.000000 160.000000 290.000000
8 40.000000 160.000000 290.000000
9 0.000000 220.000000 290.000000
10 40.000000 220.000000 290.000000
11 0.000000 280.000000 290.000000
12 20.000000 280.000000 290.000000
13 40.000000 280.000000 290.000000
14 0.000000 340.000000 290.000000
15 40.000000 340.000000 290.000000
16 0.000000 400.000000 290.000000
17 20.000000 400.000000 290.000000
18 40.000000 400.000000 290.000000
19 0.000000 60.000000 310.000000
20 40.000000 60.000000 310.000000
21 0.000000 160.000000 320.000000
22 40.000000 160.000000 320.000000
23 0.000000 280.000000 320.000000
24 40.000000 280.000000 320.000000
25 0.000000 400.000000 320.000000
26 40.000000 400.000000 320.000000
27 0.000000 60.000000 350.000000
28 20.000000 60.000000 350.000000
29 40.000000 60.000000 350.000000
30 0.000000 110.000000 350.000000
31 40.000000 110.000000 350.000000
32 0.000000 160.000000 350.000000
33 20.000000 160.000000 350.000000
34 40.000000 160.000000 350.000000
35 0.000000 220.000000 350.000000
36 40.000000 220.000000 350.000000
37 0.000000 280.000000 350.000000
38 20.000000 280.000000 350.000000
39 40.000000 280.000000 350.000000
40 0.000000 340.000000 350.000000
41 40.000000 340.000000 350.000000
42 0.000000 400.000000 350.000000
43 20.000000 400.000000 350.000000
44 40.000000 400.000000 350.000000
1 1 3 8 6 27 29 34 32 2 5
7 4 19 20 22 21 28 31 33 30 1 0.0000000
2 6 8 13 11 32 34 39 37 7 10
12 9 21 22 24 23 33 36 38 35 1 0.0000000
3 11 13 18 16 37 39 44 42 12 15
17 14 23 24 26 25 38 41 43 40 1 0.0000000
1 200000.000000 0.200000
1 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
2 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
3 1 1 1 0.000000 0.000000 0.000000
99999
４－６ モデル入力デ－タの誤りの検出
モデル入力デ－タには多量の数値が並んでいるので、誤りを直接見つけられるのは、要素数や節点数などの基本的な数値である。要素の節点の番号の並びや節点の座標の間違いを直接探すのは無理で、これらは次の１）または２）の方法で検出する。
１）モデル入力デ－タの図形表示による方法
５章に説明する方法でモデル入力デ－タを図形表示し、要素の形状がおかしい箇所や境界条件で与えた節点の変位や節点力がおかしい箇所を図形から見つける。
図形表示の過程で、モデル入力デ－タの数値が区切りを付けて窓に表示されるので、区切りごとに必要な行数に対するデ－タの過不足を調べることも有効である。
２）節点の変位と節点力の計算による方法
６章に説明する方法で節点の変位と節点力を計算し、ファイルＲ１に入っている計算結果の出力デ－タの最後に示されるＩＲＲの値から、表６－１により計算過程の異常の原因を調べる。また、途中まで計算が行われた場合は、要素の体積が出力されているので、体積が妥当な値になっていない要素を見つければ、その要素の節点番号や節点の座標が間違っていることになる。
