膜材料の非線形性と異方性を考慮した膜構造物の応力・形状最適化

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発行年 1998年
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タイトル 膜材料の非線形性と異方性を考慮した膜構造物の応力・形状最適化
著者 大橋純、藤原淳
概要 有限要素法を用いて離散化された骨組支持膜構造物に対し、応力の目標値からの偏差量を最小化する形状設計法を拡張し、膜材料の応力‐ひずみ関係の非線形性および直交異方性を考慮した定式化を提案する。膜材料の各繊維方向の1軸載荷引張り試験結果をもとに、指定応力レベルで応力‐ひずみ関係曲線の接線近似を行なう。また、有限要素分割された膜面の要素の局所座標と膜材料の繊維方向との偏差角を、膜の釣合形状から近似的に求め、初期応力を除去したときのひずみの変化量を精度よく予測する変換式を導く。以上の定式化を用いて、等張力などで与えられる目標応力レベルに可能な限り近い応力分布を実現できる釣合い形状と、それに対応する裁断図形状を求める。また、膜材料の繊維方向を変化させることにより、応力分布を改善する手法についても論じる。例題では、2種類の骨組支持膜構造物に対して最適な形状及び繊維方向を求め、得られた裁断図から釣合形状解析を行なうことにより、本手法の有効性について検証する。