はり要素で解く構造動力学

建物の崩壊解析からロボット機構の制御まで　Fortran90・C++ソースコード付

著者名	磯部　大吾郎著
発行元	丸善出版
発行年月日	2020年09月
判型	A5　210×148
ページ数	344ページ
ISBN	978-4-621-30544-7
Cコード	3052
NDCコード	524
ジャンル	土木・建築 > 土木 > 構造力学・地盤工学機械・金属・材料 > 機械工学一般 > 有限要素法

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内容紹介

　著者が開発した有限要素解析の応用手法であるASI-Gauss法，並列的逆動力学計算法を用いて，建物の崩壊解析およびロボット機構の制御理論を解説した専門書．はり要素を用いた有限要素法から各手法の導出方法を丁寧に解説．さらに例としてNY世界貿易センタービルの航空機衝突解析や建物の発破解体解析，様々なリンク系のフィードフォワード制御実験等を豊富な図とともに紹介し，より理解を深められるつくりとした．

　巻末付録として，各解析手法のFortran90・C++ソースコード（ダウンロード可能）の解説のほか，本書掲載の解析・実験結果を動画で閲覧できる限定公開アドレスを収録．これから構造工学を学ぶ学生，崩壊解析をやってみたいというエンジニアの方々の導入書としても最適の一冊．

1. 序
　1.1 本書の目的
　1.2 ASI法とASI-Gauss法の歴史
　1.3 並列的逆動力学計算法の歴史
　1.4 まとめ

【第I部基礎編】

2. 予備知識として知っておきたい有限要素法のあれこれ
　2.1 はじめに
　2.2 マトリックス法と有限要素法
　2.3 マトリックス法の計算過程
　2.4 有限要素法とは
　2.5 まとめ

3. はり理論概論
　3.1 はじめに
　3.2 Bernoulli-Eulerの仮定に基づくはり理論
　3.3 Timoshenkoの仮定に基づくはり理論
　3.4 まとめ

4. はり理論に基づいたはり要素
　4.1 はじめに
　4.2 Bernoulli-Eulerのはり理論に基づく3次はり要素
　4.3 Timoshenkoのはり理論に基づく線形はり要素
　4.4 Gaussの数値積分法
　4.5 まとめ

5. 実践編：有限要素解析の初歩の初歩
　5.1 はじめに
　5.2 有限要素解析の流れ
　5.3 はり要素を用いた有限要素解析の入力データ
　5.4 有限要素解析コードを用いて解く課題
　5.5 まとめ

【第II部　建物の崩壊解析編】

6. Bernoulli-Eulerはり要素を用いたASI法
　6.1 はじめに
　6.2 Bernoulli-Eulerはり要素の曲げひずみエネルギ
　6.3 剛体ばねモデルの曲げひずみエネルギ
　6.4 Bernoulli-Eulerはり要素と剛体ばねモデルの物理的等価性
　6.5 Bernoulli-Eulerはり要素を用いたASI法
　6.6 数値例
　6.7 まとめ

7. 線形Timoshenkoはり要素を用いたASI法とASI-Gauss法
　7.1 はじめに
　7.2 線形Timoshenkoはり要素の曲げおよびせん断ひずみエネルギ
　7.3 剛体ばねモデルの曲げおよびせん断ひずみエネルギ
　7.4 線形Timoshenkoはり要素と剛体ばねモデルの物理的等価性
　7.5 線形Timoshenkoはり要素を用いたASI法
　7.6 線形Timoshenkoはり要素を用いたASI-Gauss法
　7.7 数値例
　7.8 詳細解析結果・実験結果との比較によるASI-Gauss法の精度検証
　7.9 まとめ

8. 建物の崩壊解析に用いるその他の重要なアルゴリズム
　8.1 はじめに
　8.2 updated Lagrangian formulationに基づく運動方程式の時間積分法
　8.3 支持点加振アルゴリズムに基づく運動方程式の解法
　8.4 部材破断アルゴリズム
　8.5 要素間接触アルゴリズム
　8.6 接触解除アルゴリズム
　8.7 アルゴリズムの評価と検証
　8.8 まとめ

9. NY世界貿易センタービルの航空機衝突解析
　9.1 はじめに
　9.2 9.11事件の概要
　9.3 NY世界貿易センタービルの構造
　9.4 解析モデルと解析条件
　9.5 解析結果
　9.6 まとめ

10. 高層建築物の火災崩落解析
　10.1 はじめに
　10.2 解析モデルと解析条件
　10.3 解析結果
　10.4 まとめ

11. 火災時の建物の崩壊危険性予測
　11.1 はじめに
　11.2 キーエレメント指標
　11.3 解析モデルと解析条件
　11.4 解析結果
　11.5 まとめ

12. 建物の進行性崩壊の危険性予測
　12.1 はじめに
　12.2 進行性崩壊について
　12.3 許容荷重率
　12.4 解析モデルと解析条件
　12.5 許容荷重率を用いた進行性崩壊の危険性予測
　12.6 キーエレメント指標を用いた進行性崩壊の危険性予測
　12.7 まとめ

13. 建物の発破解体解析
　13.1 はじめに
　13.2 数値例
　13.3 発破解体実験
　13.4 他の発破解体解析事例
　13.5 まとめ

14. 建物の発破解体計画手法の開発
　14.1 はじめに
　14.2 発破解体計画手法
　14.3 解析結果
　14.4 まとめ

15. 建物の地震時棟間衝突・崩壊解析
　15.1 はじめに
　15.2 1985年メキシコ地震と解析対象建物の概要
　15.3 簡易モデルを用いた2棟間衝突解析
　15.4 3連棟モデルを用いた棟間衝突解析
　15.5 まとめ

16. CTVビルの地震崩壊解析
　16.1 はじめに
　16.2 鉄筋コンクリート部材の構成則
　16.3 解析モデル
　16.4 CTVビルのプッシュオーバー解析
　16.5 CTVビルの地震崩壊解析
　16.6 まとめ

17. 建物の津波・漂流物衝突解析
　17.1 はじめに
　17.2 解析モデルと解析条件
　17.3 解析結果
　17.4 津波漂流物の衝突による鋼構造建物の挙動解析
　17.5 まとめ

18. 大規模空間吊り天井の脱落被害再現解析
　18.1 はじめに
　18.2 吊り天井の構造
　18.3 脱落条件
　18.4 解析モデルおよび解析条件
　18.5 解析結果
　18.6 まとめ

19. 家具の地震時挙動解析
　19.1 はじめに
　19.2 ペナルティ接触理論を用いた接触アルゴリズム
　19.3 振動台実験の概要
　19.4 解析モデルと解析条件
　19.5 実験結果と解析結果の比較・検証
　19.6 まとめ

【第III部　ロボット機構の制御編】

20. 並列的逆動力学計算法
　20.1 はじめに
　20.2 リンク系の逆動力学計算
　20.3 有限要素法を用いた逆動力学計算法
　20.4 従来の手法との比較・検証
　20.5 まとめ

21. 並列的逆動力学計算法を用いたロボット機構の制御
　21.1 はじめに
　21.2 部材剛性を考慮したリンク系の逆動力学計算
　21.3 並列的解法を導入したフィードフォワード制御系
　21.4 開・閉リンク系の制御
　21.5 開から閉へと構成が変化するリンク系の制御
　21.6 協調動作を行う2本の開リンク系の制御
　21.7 柔軟リンク系の制御
　21.8 劣駆動リンク系の制御
　21.9 まとめ

22. 並列的逆動力学計算法を用いたロボット機構のトルクキャンセリング
　22.1 はじめに
　22.2 トルクキャンセリングシステムの概要
　22.3 回転軸上に配置した単軸TCSを用いた剛体ロータ系の動揺抑制実験
　22.4 オフセット位置に配置した単軸TCSを用いた剛体ロータ系の動揺抑制実験
　22.5 オフセット位置に配置した単軸TCSを用いた柔軟リンク系の動揺抑制実験
　22.6 TCSを搭載した歩行ロボット機構の動揺抑制実験
　22.7 まとめ

23. 有限要素法を用いたロボット機構の動作計画
　23.1 はじめに
　23.2 ロボットアームのモデル化および動作軌道の算出
　23.3 部材の強度的危険性を回避する動作計画法
　23.4 動作計画法の適用例
　23.5 実機への搭載と検証
　23.6 まとめ

24. 結び
　24.1 ASI-Gauss法：まとめと今後の展望
　24.2 並列的逆動力学計算法：まとめと今後の展望
　24.3 さいごに

【付録】

付録A. ASI-Gauss解析コードのソースプログラム
　A.1 はじめに
　A.2 ASI-Gauss解析コードのユーザーマニュアル
　A.3 ASI-Gauss解析コードのソースプログラム
　A.4 まとめ

付録B. 並列的逆動力学計算法のソースプログラム
　B.1 はじめに
　B.2 並列的逆動力学計算法のソースプログラム
　B.3 まとめ

付録C. 解析結果および実験結果の動画