◼プレゼンテーション「FEM解析ソリューション」“FEM analysis solution"

フォーラムエイト解析支援Group Group長柳 正吉
Masakichi Yanagi
Chief Manager of FORUM8 Analysis Support GroupFORUM8 Solution

FORUM8 FEM解析シリーズ
Engineer’s Studio®

FEMLEEG

3次元積層プレート・ケーブル・動的非線形解析

総合有限要素法解析システム

データ連携

WCOMD Studio
RC構造2次元動的非線形解析

地盤FEM
Geo Engineer’s Studio
静的2次元弾塑性地盤解析

2

FEM analysis solution「解析事例①」
水道施設の解析例
水道指針2022年版の動的解析の対応例

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FEM解析活用事例①

水道施設の解析例
水管橋の動的解析
Engineer’s Studio®でモデル化可能

水管(弾性梁要素)
水の重量を節点質量で付加

地震波形は任意に設定できるため、標準加速度波形だけでなく、一次元橋台(弾性梁要素)応答解析(下記)で算出した加速度波形

橋脚(M-φ要素)

支承(ばね要素)も載荷可能▲水管橋解析モデル

基礎(ばね支点)

一次元応答解析
地盤の動的有効応力解析（UWLC）により、水道指針の「方法2」に対応した地表面加速度の算出が可能。
▼ 地震動の設定方法例
想定地震動の地表面、工学的基盤面の加速度時刻歴波形を用いる
方法2→当該地点の地盤条件を元に、基盤面波形から地表面波形を算出

方法3

強震記録の加速度波形を用いる→標準加速度波形を使用▲一次元応答解析結果▲加速度応答スペクトル4

FEM解析活用事例①

水管橋の動的解析結果▲ 固有値解析結果▲ 水管節点の時刻歴変位▲ 変形性能基準(曲げの損傷図)▲ せん断耐力照査結果
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FEM解析活用事例①

水槽構造物の動的解析
2022年版では水槽構造物の動的解析例が記載されました。

・地上構造物(慣性力の影響が支配的な場合) → Engineer’s Studio®
構造物はファイバー要素や平板要素、地盤はバネ要素または地盤変位でモデル化
柱(ファイバー要素)

頂底版・壁・柱(ファイバー要素)
動水圧(付加質量)

側壁・底版(平板要素)

地盤(ばね要素)地盤(ばね要素)▲ 2次元割切りモデル(ファイバー要素使用)▲ 3次元モデル(平板要素使用)

・地中構造物(地盤変位の影響が支配的な場合) → 地盤の動的有効応力解析（UWLC）
地盤－構造物一体の動的非線形解析
地盤は液状化時の有効応力解析にも対応

構造物(非線形梁要素)

地盤(非線形平面ひずみ要素)
杭(非線形梁要素)▲ 地盤－構造物一体解析モデル
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FEM解析活用事例①

水槽構造物の動的解析
地上／半地下構造物の解析結果

柱(ファイバー要素)の損傷状態

平板要素の損傷状態

ファイバー要素のひずみの結果

ひび割れ幅の結果(前川モデル使用)
水密性の照査にも対応可能
7

FEM解析活用事例①

水槽構造物の動的解析
半地下／地中構造物の解析結果

変位図

応力コンタ図梁要素の断面力図
8

FEM analysis solution「解析事例②」橋梁

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FEM解析活用事例②

橋梁
・PC斜材付きπ型ラーメン橋

線形解析

非線形解析

UC-BRIDGE

Engineer’s Studio®

2次元線形解析

非線形梁要素10

FEM解析活用事例②UC-BRIDGE

2次元線形フレーム解析+初期断面力算出

既設のPC斜材付きπ型ラーメン橋の常時・L1検討用データ。
プレストレス他を考慮した初期断面力を算出し、動的非線形解析用の初期データとしてEngineer’s Studio®をエクスポートできる。

Engineer’s Studio®

下部工-M-φ

非線形梁要素によるフレーム解析を実施（立体骨組み）上部工-M-φ◎骨組み/断面情報/初期断面力などを連動

既設のPC斜材付きπ型ラーメン橋のL2地震時検討用データ。
プレストレス他を考慮した初期断面力を算出し、骨組み/断面情報を含めたEngineer’s Studio®データから作成。

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FEM解析プログラム「FEM解析プログラム」
新機能、開発予定、解析事例

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Engineer’s Studio®

「Engineer’s Studio®」“Engineer ’s Studio® “13Engineer’s Studio®
3次元積層プレート・ケーブルの動的非線形解析

Engineer’s Studio®の優れた機能・世界最高水準のコンクリート解析理論、前川モデルをサポート

64bit版対応
・メモリを大量消費する大規模モデルの入力・結果確認が可能に・新しい解析の提供により、既存設計構造物のバックチェックに活用・ページ数の多いレポート・ミンドリンプレート、大変形解析など広く構造物解析に適用可能（3万ページ等）出力対応

・三角形・四角形メッシュ、減衰要素対応、強力な3Dインターフェース 入力操作簡素化

完全な当社独自開発解析ソフトウェア
・前川モデルをはじめ様々な解析理論、非線形構成則に対応できる拡張性
・計算スピードの大幅な改善や他のAPとの連携など様々な柔軟性
・優れたコストパフォーマンスの確保

Engineer’s Studio®の使命
社会にとってより良いものになるソフトウェアを目指します
精度良い解析で高品質・安全なインフラ構築に役立ちます
ユーザのビジネスチャンスにつながる新しいソリューションを提供します

・作成するモデルの種類に応じてナビゲーションに表示される項目を増減
・必要な入力項目のみが表示され、不要な入力項目は隠されます

鉄筋の配置情報の寸法線
表示機能強化・断面サムネイルやレポート出力の断面の図に断面幅や断面高さ、鉄筋の配置情報の寸法線が表示
14Engineer’s Studio®

UC-1設計プログラムとのデータ連携▼橋梁全体構造▼基礎構造▼河川構造物(柔構造樋門)▼橋梁上部構造15

Engineer’s Studio®

Engineer's Studio® Ver.10.1••••

Ｍ－θモデルの同時性スイッチ
Ｍ－φ特性、ばね特性、ヒステリシスのグラフ表示改善
支点条件画面改善
固有値解析結果改善

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Engineer’s Studio®

Ｍ－θモデルの同時性スイッチ

17Engineer’s Studio®

Ｍ－θモデルの同時性スイッチ
同時性とは？
ばね要素の照査
応答値＜ 許容値回転角(rad) ＜ 許容回転角(rad)θ＜ θa

応答値が最大となるステップでの軸力でθaを算出する＝ 同時性
従来までは、常に同時性オン➔同時性オフが可能になった18

Engineer’s Studio®

Ｍ－φ特性、ばね特性、ヒステリシス

プリ処理ボタンを廃止➔すぐにグラフが表示される
19

Engineer’s Studio®

支点条件画面改善
支点条件の画面に支点ケースおよび節点名称を表示

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Engineer’s Studio®

固有値解析結果改善
固有値解析の画面から減衰モデルを直接表示

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Engineer’s Studio®

Engineer's Studio® Ver.11••

平板要素リメッシュ機能
固有値解析と減衰設定改善22Engineer’s Studio®

平板要素リメッシュ機能
CADライン要素選択し、マウスのドラッグで移動

青線はPlateの外枠メッシュパラメータ23

Engineer’s Studio®

平板要素リメッシュ機能
平板要素
まだここではメッシュ分割をしていない。外形だけのモデル

ライン要素から平板要素を作成

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Engineer’s Studio®

平板要素リメッシュ機能
平板要素

パラメータの変更で△のみに簡単にリメッシュ△+□によるメッシュ分割。

オレンジ点は自動的に生成された頂点、FEM解析結果を持つことが出来る。
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Engineer’s Studio®

平板要素リメッシュ機能
平板要素

同様に簡単にリメッシュ可能

ライン要素で穴の形状変更と追加

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FEMLEEG「FEMLEEG」“FEMLEEG “

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FEMLEEG

FEMLEEG• 有限要素法(FEM)を用いた汎用3次元構造解析システム
有限要素法とは、複雑な形状の構造物の挙動を求めるにあたって、構造物を単純で小さな形状（要素）に分割して、そのの挙動を求め全体の挙動を求める手法です。

F28

FEMLEEG

FEMLEEG• 有限要素法(FEM)を用いた汎用3次元構造解析システム– モデル作成から解析、結果評価を一貫して行えます。
– 一次元から三次元の要素が用意されているので、フレーム構造からソリッド構造まで対応できます。
※同じFEM解析ソフトのEngineer‘s Studioは一次元・二次元要素• 解析範囲：線形解析※同じFEM解析ソフトのEngineer‘s Studioは線形・非線形解析– 設計者が手軽に現場でも解析が行えるというコンセプトで開発されており、通常の設計範囲では十分な機能となっています。
• 構造解析
▫ 静弾性解析、固有振動解析、時刻歴応答解析、座屈解析 など▫ NO TENSION解析、CAP（Cut and Paste)解析• 伝熱解析
▫ 定常熱伝導解析、非定常熱伝導解析、伝熱・熱応力連動解析
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FEMLEEGFEMLEEG-他ソフトとの連携
一般市販CAD統合型3DCGソフト

Shade３D
FEMLEEG

自社製ｿﾙﾊﾞｰ
外部構造解析ｿﾙﾊﾞｰ
NASTRAN／MARC

DXF
STL

IMPORT

FEMIS

3次元動的非線形解析システム

Engineer’s Studio

FEMISTLISAFEMOST

FEMOS

温度応力解析ｿﾙﾊﾞｰ
JCMAC3※※日本コンクリート工学会から販売されているソフト。
プリ・ポストにFEMIS・FEMOSが採用されています。

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FEMLEEG

FEMLEEG-システム構成
ﾌﾟﾘﾌﾟﾛｾｯｻ

FEMIS
メッシュ生成荷重条件設定拘束条件設定
物性条件設定線形構造解析ｿﾙﾊﾞｰ

CADﾄﾗﾝｽﾚｰﾀ
IMPORT

ﾌﾟﾘﾄﾗﾝｽﾚｰﾀ
FEMIST※

LISA

CADデータの変換

外部解析ソルバーへの入力データの変換

ﾎﾟｽﾄﾄﾗﾝｽﾚｰﾀ
FEMOST ※ 外部解析ソルバーからの計算結果変換

ﾎﾟｽﾄﾌﾟﾛｾｯｻ

FEMOS
標準 ※Advancedのみ
ｵﾌﾟｼｮﾝ

荷重載荷支援ﾂｰﾙ
結果表示
グラフ表示
リスト出力

LoadHelper

結果重ね合せﾂｰﾙ

AddCase31

FEM analysis solution「解析事例」橋梁上部工32

FEMLEEG

PC中空床版上部工の解析事例

ソリッド要素を使用し床版に移動荷重を載荷した解析を実施（LoadHelper使用）

床版載荷位置付近に局所応力(引張)の発生を確認した（最大主応力コンタ図-N/mm2）
33

FEMLEEG

Ver.12新機能
2022年9月リリース• 全体– 施工解析の機能向上（FEMIS・FEMOS・LISA）• FEMIS– 移動生成：平行移動の形状修正への機能追加– 節点／要素・CADデータの投影面コピー機能追加• FEMOS– 節点群／要素群にタグ付け、参照機能の追加• IMPORT– 画層（レイヤー、ブロック）をエッジグループに登録機能追加
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FEMLEEG

施工解析の使い勝手向上
FEMIS・FEMOS・LISA• 従来の施工解析は1施工ステージ毎にしか解析を勧められなかった。
• 過去ステージの結果を参照することができなかった。
–

解析は1ファイルごとで、ファイル名が一貫していなければならなかったので、過去ステージを参照する場合、（上書きされないよう）ユーザーが手動でファイルを退避しておくなどの必要があった。

• 今回の改善で1ファイルに全施工ステージを設定、解析も1回で全ステージ（オプションで範囲選択も可）を計算、解析結果もケース選択で切り替えられるようになりました。
従来の施工解析改善された施工解析
施工ステージ１

次ステージ
データ追加
施工ステージ２

施工ステージｎ

結果の退避施工ステージ１：
施工ステージｎ

ファイル読み込みは１回評価したいステージをケース選択する

１回のランニングで施工ステージ１～ｎまで解析

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FEMLEEG

移動生成-平行移動
形状修正への機能追加

FEMIS

移動生成－平行移動にある形状修正機能に以下が追加されました。
1.
形状修正に投影面が追加されました。
投影面
FEMIS

:

PRE-PROCESSORFOR F.E.M

Z
X Y

FEMIS

:

PRE-PROCESSORFOR F.E.M

FEMIS

ZX Y

PRE-PROCESSORFOR F.E.M

Z
X YNEW

通常の平行移動2.

:

座標値修正で局所座標系が指定できるようになりました。
従来は全体座標系の各X、Y、Z軸の座標しか指定できませんでした。
全体座標系
座標値指定（全体座標系）

座標値指定（局所座標系）

y 局所座標系(x=0)

YXXNEWｘ3.

有効な移動元の指定がサイド・ブロック面だけでしたが、全ての移動元指定に対応しました。

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FEMLEEG

節点／要素・CADデータの投影面コピー機能追加

FEMIS

節点・要素、CADデータ（バーテックス・エッジ）のコピー／移動に投影面の指定が追加されました。

指定した面へ投影した位置にコピー
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FEMLEEG

節点群／要素群にタグ付け、参照機能
FEMOS• 結果評価において、指定した一部分の結果を描画する際、一度選択した対象（節点/要素）にタグ（任意の名称）を付けて、次の結果描画ではそのタグを指定して描画できる機能が追加されました。

選択する対象（節点）にタグを指定→節点選択、結果描画

38

FEMLEEG

Ver.１３開発予定
2023年9月リリース• 表示モジュールのOpenGL対応（FEMIS/FEMOS：描画処理のOpenGL対応）• ステージ出現対応アニメーション（FEMOS：施工解析ステージ出現にあわせてメッシュも描画）• F8製品との連携（FEMIS：ES以外のF8製品からのデータのインポート）• 切断面断面力 主軸自動計算（FEMOS：ユーザーが指定している主軸方向を自動で求める）• 載荷データ作成GUI（LoadHelper：外部でcsvファイルとして作成している入力データをプログラムのGUI操作で作成）• 凡例インデックスのユーザー指定（FEMOS：凡例インデックスの色をユーザーが指定できる）

39

地盤解析シリーズ

地盤解析シリーズ40

地盤解析シリーズ

様々な地盤解析をサポートしています
Geo Engineer's Studio
弾塑性地盤解析(GeoFEAS)2D
GeoFEAS Flow3D ※(浸透流解析限定版), (弾塑性地盤解析限定版)
地盤の動的有効応力解析(UWLC)

ニ次元浸透流解析(VGFlow2D)
3次元地すべり斜面安定解析・3DCAD（LEM）

落石シミュレーション/土石流シミュレーション
小規模河川の氾濫計算（New）：概要

41

Geo Engineer’s Studio「Geo Engineer’s Studio」“Geo Engineer’s Studio “

42Geo Engineer’s Studio

製品概要
・土留め、トンネル、液状化等の地盤に連動した土木構造物において弾塑性地盤解析が可能な自社開発の汎用FEM解析プログラム
・平面ひずみ問題、軸対称問題および液状化解析など、設計指針ならびに耐震照査指針等に準拠して実務で必要とされる変形解析が可能
・静的な条件下での地盤の応力～変形解析を行うことが可能
・モデル作成や解析ステージの設定を行うプリプロセッサ、解析処理を行うプロセッサ、図や数値の可視化の結果処理を行うポストプロセッサの3部構成、それぞれ単独起動も可能
・既存のUC-1製品へ統一化しツリービューによる入力をサポート。
演算スピードも格段に向上。GeoFEAS(2D)ともデータファイルを互換

プリプロセッサ

プロセッサ

ポストプロセッサ
43

Geo Engineer’s Studio

適用範囲• 地盤の応力・変形解析• 土留め掘削解析• トンネル掘削時の周辺地盤影響解析• NATM工法におけるトンネル施工検討解析• 水圧の変動が地盤に及ぼす影響の検討• 河川耐震性能照査(液状化検討)• 地盤と構造物の相互作用の検討• 応答震度法44Geo Engineer’s StudioVer.3.0• 圧密連成解析への対応
••
•
•
•

カムクレイモデル、修正カムクレイモデルへの対応
関口太田モデル構成則の追加
弾塑性地盤解析のFEMに加えて、水と土の連成を考慮
圧密沈下の計算時間軸で経年変化を確認可能
計測値と比較しながらの施工管理、地盤改良などの改良効果の事前予測といった利用が可能

45

Geo Engineer’s Studio

プリポスト＋解析ソルバーをすべて自社開発

Ver.3.0に向け• Ver.1 線形弾性からリリース開始• Ver.2 非線形、弾塑性、液状化解析機能を追加済み• Ver.3 圧密連成解析への対応に向け開発中

線形解析

弾塑性・液状化解析（現行版）

圧密連成解析（開発中）• カムクレイモデル、多孔質モデル• Implicit return mapping手法

Geo Engineer’s StudioVer.3.0 圧密連成解析への対応（開発中）簡易モデル

2要素モデル

モデル図25.000

鉛直変位コンタ図

Cam Clay降伏関数

20.000

q15.000

f=0: q pc=2010.000

f=0: q Pc=125.000

returned

0.000
0.000
-5.000-10.000

5.000

10.00015.00020.00025.000過剰間隙水圧分布図

Geo Engineer’s StudioVer.3.0 圧密連成解析への対応（開発中）実モデル
有効応力法にもとづき液相と固体相の連成解析を行い、盛土築造後の沈下量を時間を追って解析する

間隙水圧が高い部分が脱水とともに沈下する▲変形図（圧密沈下）と経時変化▲間隙水圧分布と経時変化

Geo Engineer’s Studio

解析事例：現行版V.2 弾塑性、バイリニア梁

変形図

モデル
654
q/c

3G2D2

GeoES
Prandtl's solution

10-0.1-0.3-0.5-0.7-0.9-1.1沈下量（ｍ）▲弾塑性解析の分布荷重と沈下量▲バイリニア梁の分割数と変位量

・現行版V.2の弾塑性解析では塑性域を広げて解を求めて計算でき、応力が破壊基準に達したら解析が突然中断することがないように改善された。計算速度も高速化されている。
・梁要素をバイリニアで非線形を表すことが可能であり、弊社の構造解析ソフトの結果と整合性のある計算が可能である。

UWLC

地盤の動的有効応力解析「UWLC」“UWLC “50UWLC

UWLC 解析事例：ＲＣアーチ橋と地盤の相互作用
地震波は、地形・地質の影響を受ける
UWLCによる一体解析▲地盤による応答加速度の違い （赤：橋脚338節点、青：橋台969節点）左図：応答加速度、右図：フーリエスペクトル

VGFlow2D

2次元浸透流解析「VGflow2D」“VGflow2D “

52

VGFlow2D

VGflow2D解析事例：堰の漏水防止対策検討▲解析モデル▲間隙水圧分布図▲流線網▲ベクトル図

河川内の堰で水が噴出（左上のモデル図、赤丸）した。浸透流解析によって現象を再現し、その後、鋼矢板・地盤改良等の対策工を検討した◼プレゼンテーション「FEM解析ソリューション」“FEM analysis solution"

ご清聴ありがとうございました。