新バージョン Soil Plus 2009 の紹介
桐山貴俊
Session 01
新バージョン ＞ Soil Plus
Soil Plus事例紹介セミナー2008
社会基盤ソリューション部
橋脚の耐震解析
＋ CAD図面のグループ化
＋ 断面形状表示
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2
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2008/10/21
検討内容
●橋脚の耐震解析
■解析モデル
■検討項目
・橋脚：張出し橋脚
・構造物のモデル化の違いによる検討
・基礎：杭基礎
梁要素、ソリッドでモデル化した場合の検討
・地盤：弾塑性解析（構成則：モールクーロン）
・断面形状による図化の紹介
・荷重：自重、地震による水平力
12.0
2.2
自重
1.0
1.5
橋脚
力
慣性
7.5
2.2
地層1
12.0
基礎
2.2
12.0
杭
12.5
地層2
地層3
42.5
単位：m
単位：m
42.5
3
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正面図
側面図
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解析モデル
●モデル種類
■Penzien系モデル
■一体系モデル１
■一体系モデル２
構造物
： 梁要素
構造物
： 梁要素
構造物
： ソリッド要素
地盤
： バネ要素
地盤
： ソリッド要素
地盤
： ソリッド要素
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CADファイルの読込み
●レイヤーのグループ化
・DXFファイルのレイヤーでグループ化
ワークツリー
・必要な箇所のみ表示してモデリングを行う
CADファイル
CADファイルの読込み
SoilPlus
構造図を利用
・レイヤーはジオメトリの選択集合に自動的に格納
・グループタイトルはレイヤータイトルとなる
5
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CADファイルを用いたモデル作成
●CADファイルを利用したメッシュ作成
CADファイル
2D要素作成
・オートメッシュ・マップﾄﾞメッシュによる要素作成
3D要素作成
・SoilPlusに読み込んだCADファイル
・平面要素を押出して作成
・境界面要素を押出して作成
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断面形状表示
●骨組み要素の断面表示
■骨組みモデル
・橋脚
：要素毎の断面形状を近似入力
・杭
：円柱の断面形状を入力
橋脚
骨組みモデルでも、断面形状による表示が可能
断面形状表示
基礎
杭拡大図
杭
骨組みモデル
ソリッドモデル
骨組みモデル（断面表示）
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断面形状表示
●断面テンプレート
骨組みモデル
・骨組み要素（バー、ロッド）の断面形状を自動入力
・断面形状を反映し、モデルをプロット可能
断面形状の選択
断面形状で表示
矩形
・断面形状：
円形、矩形、H型…に対応
・断面表示：
定義断面毎に表示/非表示切替えが可能。
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パイプ ボックス
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H型
H型
山型
2溝型
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断面形状表示
●断面形状による図化例
・腹起し、切りばり、火打ち
仮設工（モデリング）
仮設工（結果処理）
・断面形状のまま結果表示が可能。
・実際に近い結果処理を実現。
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解析結果
●地震力作用時の変位
・橋脚、杭の変位分布
断面形状表示
骨組みモデル
骨組みモデル（断面表示）
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ソリッドモデル
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解析結果
●地震力作用時のせん断ひずみ、塑性状況
・杭周辺部のせん断ひずみ、塑性分布
骨組みモデル
除荷
塑性
弾性
ソリッドモデル
除荷
塑性
弾性
せん断ひずみ
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塑性状況
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３次元モデルによる地下水浸透流解析
＋ ボクセルメッシュ
＋ 色々なメッシュによる解析事例
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解析条件
●地下道路建設に伴う水位検討解析
・下流側の地下道路建設に伴い、水位低下を検討する。
・上流側を水位固定条件とし、地下水変動を検討する。
■水頭境界
・初期水頭：70m
・上流側70mの水位で固定する。
上流側
■水頭境界
・初期水頭：60m
・下流側30mの水位で固定する。
下流側
断面1
断面2
78.0
400.0
単位：m
400.0
上流側
下流側
上流側
断面1
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下流側
断面2
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解析モデル
●モデル種類
オートメッシュ
地質モデル（ジオメトリ）
・地層形状に従ったメッシュを作成
・複雑な形状は手作業との組合わせが必要
マップドメッシュ
メッシュサイズ指定のみで作成可能
GEORAMAにより作成
・地表は地形にあったメッシュを作成
・地層境界はボクセル形状
ボクセルメッシュ
・地表、境界ともにボクセル形状
・複雑なジオメトリでも確実にメッシュ生成
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３D地質モデル作成
CAD/GIS GEORAMA
GEORAMA
GEORAMA
地質断面図/平面図
地図上で、ボーリング位置、
断面位置を管理
Drawing
ボーリングデータや、地質断面図等の断片的データから、
３次元的に整合性の取れたパネルダイアグラムを作成。
ボーリングデータ
GEORAMA
Modeling
地質境界面の同定
最適化原理による境界面の推定
完全に整合性の取れた
パネルダイアグラム
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GEORAMA / SoilPlus連携
GEORAMA
サーフェスモデル
②S2面と地盤ソリッド間で演算
地層B、Cの作成
Soil Plusで地層境界面と
ベースソリッドのブーリアン演算
地層A
①S1面と地盤ソリッド間で演算
地層Aの作成
地層B
地層C
FEMオートメッシュのために
サーフェスモデルからソリッドモデルへ変換
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地層境界面で分割されたソリッドジオメトリ
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解析結果
●圧力水頭
オートメッシュ
マップドメッシュ
ボクセルメッシュ
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斜面の地震応答解析、安定解析
＋ ハイブリッドメッシュ
＋ すべり安全率算定機能
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解析条件
●斜面安定解析
・現地盤から掘削、盛土を考慮した施工段階解析
・施工段階解析結果を初期条件とした地震応答解析
・斜面の安定解析（すべり安全率）
■地震応答解析
273
■施工段階解析
地層1
ステップ1
地層2
108
自重
70
地層3
単位：m
底面：粘性境界、側面：伝達境界
ステップ2
■斜面安定解析
掘削
Safe Factor
すべり安全率
1.0
Time
ステップ3
盛土
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モデル作成
●ハイブリッドメッシュを利用したメッシュ作成
断面設定
メッシュ作成補助線追加
DXF出力
補助線作成
施工位置追加
マップドメッシュ
メッシュ作成
ハイブリットメッシュ
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モデル作成
●ハイブリッドメッシュ
・斜面形状に特化したメッシュ生成機能
・どのような三角形領域へも適用可能
V2008までは要素毎にエッジを
作成していた
3つのエッジから三角
形、四角形を組合わ
せてメッシュを生成
V2009では要素エッジを作成する
ことなくメッシュを生成
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解析結果
■常時解析結果
鉛直応力
■地震時解析結果
最大加速度分布
最大変形図
局所安全率
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モビライズド図
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安定計算
●斜面安定解析
材料強度の定義
・材料強度の入力
・すべり線の定義（モビライズド面の読込み）
・局所安全率、すべり安全率の計算
・円弧すべり計算による検討
入力条件、計算結果はツリー構造で管理
すべり安全率の出力
すべり線の定義
円弧1
入力条件
円弧2
折線1
折線2
5
Max: 1.28E+00 2.30E+00(Sec)
Min: 8.81E-01 1.40E+01(Sec)
すべり線6
4
安全率
円弧すべり計算による検討
計算結果
3
2
1
0
0
10
20
時刻(Sec)
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安定計算
安定計算ツール
●すべり線の定義
すべり安全率
・モビライズド面からすべり線を定義
・DXF出力機能と連動させて利用
5
DXF読込み
モビライズド面
安全率
SoilPlus
Max: 3.56E+00 1.51E+01(Sec)
Min: 2.30E+00 1.58E+01(Sec)
すべり線8
4
3
2
1
0
0
10
20
30
時刻(Sec)
モビライズド面より、すべり線を定義する
●円弧すべりによる検討
・中心点の範囲を指定し、安全率最小となる円弧を算定する。
・全時間に対して、円弧すべりの検討が可能である。
Time：5.65
Safe ：0.98
R ：45.60
着目時刻に対して、円弧すべりの検討が可能
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結果処理機能の紹介
＋ 節点値出力
＋ ポストスタイル
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数値結果出力例
●要素応答値から節点応答値への補間機能
要素中心位置での応答値（応力、ひずみなど）を各節点位置の応答値に補間する機能を追加
地盤要素のせん断ひずみ
結果照会
CSVファイル出力
節点応答値
要素応答値
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数値結果出力例
●ポストスタイルの保存機能
コンターや凡例などのプロパティウィンドウで設定した情報、視点情報などをポスト処理に関わる
設定情報をポストスタイルとして保存する機能
・登録したスタイルを呼び出すことで作業を効率化
・設定情報を外部ファイルへの出力することで別ファイルと設定情報を共有することが可能
変位描画 設定情報
■変形図
倍率 ： 10.0
実際寸法変位 ： True
■コンター図
最大/最小値の設定
最大値
最小値
カラーバンド数
： True
： 0.1
： 0.0
： 10
断面力描画 設定情報
■断面力図
倍率 ： 10.0
塗りつぶしスタイル ： 面
■コンター図
最大/最小値の設定
最大値
最小値
カラーバンド数
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： True
： 3.0
： -2.0
： 10
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数値結果出力例
●リスト編集機能
入力条件、解析結果を帳票形式の電算リストに一括出力する機能
→ 動的解析（Dynamic）、施工段階解析（Static）、浸透流解析（Flow）に対応
施工ステージ情報の出力例
メッシュセット単位で出力情報を
抽出することも可能
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数値結果出力例
●カーブ上の分布図
指定したカーブ上の応答値を分布図で表示する機能
→ 節点のない位置でも描画可能 （線形補間で内外挿）
→ 複数のカーブ上の応答値を描画可能
→ コンターなどのポスト処理と同時に描画可能
→ ３次元モデルにも対応
斜面の動的解析
掘削時の影響検討解析
掘削時に生じる鉛直変位の影響範囲を
コンター図とカーブ上の分布図で図示
各着目位置におけるせん断ひずみの深度分布を
コンター図とのカーブ上の分布図で図示
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数値結果出力例
●結果の抽出 （節点・要素順）
着目点の応答結果を出力する機能 → 施工ステージ、座標、応答値をテーブル出力可能
掘削時に伴う地盤変位の検討
→ 各施工ステップにおける着目位置の変位分布
節点順に出力
掘削
ステージ順に出力
テーブル出力
節点座標
要素中心
座標
STAGE-1
STAGE-2
STAGE-4
STAGE-6
STAGE-8
0.07
0.06
鉛直変位 (m)
0.05
着目位置
グラフ描画
横軸：X座標
縦軸：応答値
応答値
0.04
0.03
0.02
0.01
0
-0.01
-0.02
0
5
10
15
20
25
30
X座標 (m)
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数値結果出力例
●結果の抽出 （ステップ順）
着目点の応答結果を出力する機能 → 施工ステージ、座標、応答値をテーブル出力可能
節点49390
節点52730
節点68299
2段階目
4段階目
6段階目
8段階目
10段階目
節点順に出力
テーブル出力
ステージ順に出力
0.12
節点49390
節点52730
節点68299
0.1
鉛直変位 (m)
0.08
0.06
0.04
0.02
0
グラフ描画
横軸：施工ステージ
縦軸：応答値
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-0.02
2
3
4
5
6
7
8
9
10
施工ステージ
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まとめ
●
モデリングの設定
・DXFファイルを読込み、レイヤー毎にグループ化する機能を紹介した。
・骨組み要素の断面定数の自動入力、断面形状を反映したプロット機能を紹介した。
・メッシュ作成機能として以下の２方法が追加された。
－ ボクセルメッシュ
－ ハイブリッドメッシュ
●
結果処理機能
・斜面安定解析によるすべり線の入力およびすべり安全率結果について紹介した。
・要素結果の節点値出力機能を確認した。
・ポストスタイルが保存できることを確認した。外部ファイルへ設定情報を保存すること
で異なる解析でも効率よく結果処理が行える。
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Soil Plus大規模オプションの紹介
馬渕倉一
Session 01
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Soil Plus 大規模オプションの紹介
＋ 並列処理の機能概要
＋ 大規模モデルの解析事例
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はじめに、
●検討対象のモデル化
２次元断面解析
検討断面を決めて解析する。
３次元モデル解析
検討対象をそのまま解析する。
検討領域を絞って解析する。
並列解析で対応する必要がある。
35
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有限要素法の並列解析
Ku = f
inΩ
解析対象（Ω）
領域分割（Metis※を利用）
Ω (i )
Ω (1)
Ω
(2 )
K (i ) u (i ) = f (i )
Ω (3 )
部分領域
FEM演算(1)
FEM演算(2)
⎡ K ( i ) K IB( i ) ⎤ ( i ) ⎧u I( i ) ⎫ (i ) ⎧ f I( i ) ⎫
, u = ⎨ (i ) ⎬ , f
K ( i ) = ⎢ II( i )
= ⎨ (i ) ⎬
(i ) ⎥
⎩u B ⎭
⎩ fB ⎭
⎣ K BI K BB ⎦
I ：領域内部自由度 B ：領域間境界自由度
FEM演算(i)
・・・
Su B = g
領域境界上の変位算出
inΩ (i )
N
PCG法により算出
（BDD法、DDM法etc）
(i )
S = ∑ RB( i ) {K BB
− K IB(i ) ( K II( i ) ) −1 K IB(i ) }RB( i )
収束判定
T
T
i =1
N
g = ∑ RB( i ) { f B( i ) − K IB(i ) ( K II( i ) ) −1 f I( i ) }
T
i =1
Metis※：ミネソタ大学開発
・高速なグラフ分割ライブラリ
・エッジカットを少なく抑えてバランスよく領域分割できる
END
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ＢＤＤ法の概要
●CG法、DDM法
●片持ち梁の収束例
境界面に縮合する
領域3
領域2
領域1
変形の伝播が遅い
●BDD法
剛体運動とばねにモデル化
各反復の変形履歴（CG法）
変形の伝播が早い
各反復の変形履歴（CGCG法）
参考資料：
堀内祥平, 野口裕久, CGCG 法による大規模シェル構造物解析, Transactions of JSCES, Paper No. 20050004 .
37
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ＢＤＤ法の収束性の確認
●BDD法とDDMの比較
24,000dofs （条件数：小）
101,520dofs （条件数：大）
76,371dofs （実用モデル）
※条件数：最大固有値と最小固有値の比
大きいものほど収束性が悪い
10
Number of iteration
20
30
40
50
60
0
2000
Number of iteration
4000
6000
8000
0
1.0E+02
1.0E+02
1.0E+01
1.0E+01
1.0E+01
1.0E+00
1.0E+00
DDM法
BDD法
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
1.0E-06
1.0E-07
1.0E-07
CUBE(28%)
DDM法
BDD法
1.0E-01
Relative residual norm
1.0E+02
Relative residual norm
Relative residual norm
0
200
Number of iteration
400
600
800
1000
1.0E+00
DDM法
BDD法
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
1.0E-07
WHEEL(24%)
PIPE(0.3%)
注： DDMは対角スケーリング前処理付けの領域分割法。
()にあるのはBDD法の反復回数とDDMの反復回数の比率。
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ホイルの並列弾塑性解析
・BDD法のコース問題は線形弾性解析と同様に
各サブ領域の剛体運動自由度を使用。
・計算結果は直接解法と一致。
・Newton Raphsonの2次収束性を確認。
・モデルサイズ： 299,569 nodes
1,572,842 elements
1
Number of Newton-Raphson iteration
2
3
4
解析条件
5
1.0E+01
Relative maximum residual
1.0E+00
弾塑性解析
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
1.0E-07
Newton-Raphson反復の収束状況
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vonMises応力コンター、変形図
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