有限要素法に基づく3次元木骨組構造物の弾塑性・破断解析手法の開発
Abstract
近年，環境意識の高まりと共に，構造物に対しても環境への負荷の低減が求められている．特に木造構造物は，製造や加工に必要なエネルギーが小さく，炭素固定作用を有しているとして注目を集めている．しかし，木造構造物は強度が比較的低く，特に自然災害が頻発する日本においては設計段階での強度の評価が不可欠である．このため，木造構造物の弾塑性・破断挙動を解析可能なシミュレータが求められている．一方，既存のシミュレータの多くはT. Nakagawa and M. Ohta, 2003 のExtended Distinct Element Method（EDEM）を始めとする個別要素法に基づいており，解析モデル作成時に実験を伴う煩雑なパラメータ同定作業が要求され，様々な木造構造物に対する迅速な解析の実施が困難である．木材の材料特性に基づいた解析が可能となれば，シミュレータの汎用性の向上と，モデルの作成に要する労力の低減の両立が期待できる．
このような背景から本研究では，3次元解析に対応した木材はりの塑性化理論を構築し，構造物の破断解析に適した有限要素法の一種であるASI-Gauss 法に導入することで，有限要素法を用い，木材の材料特性に基づいた3 次元木骨組構造物の弾塑性・破断解析手法を開発した。開発した手法に対しては，先行研究で実施された解析や実験の再現解析を行い，妥当性を検証した．
This paper introduces a novel simulation method for timber structures based
on finite element method. The method is composed of the ASI-Gauss technique
and a new elasto-plastic theory for a timber, enabling comprehensive elasto-plastic
and collapse analysis in a three-dimensional space. The proposed elasto-plastic
theory adjusts stiffness of a timber in accordance with the expansion of
the plastic region. Using data from previous studies, it is confirmed that
the method can simulate the behavior of timber structures with relatively
high accuracy.