周波数応答解析の面グループへの !FLOAD に面のヤコビアンを適用する

概要

面グループ名を指定した !FLOAD の等価節点力に面のヤコビアンを掛け、値の次元を単位面積あたりの面荷重と定める仕様変更の提案です。

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DL_C3_freq は形状関数と積分重みだけで荷重を配分しており、面のヤコビアンを掛けていなかった。 このため1面あたりの合力は与えた値に参照要素上の面積を掛けたものになる。getWeight が返す重みの総和は四辺形面で4、三角形面で0.5なので、合力はそれぞれ値の4倍と0.5倍である。面の実面積が式に現れないため、値を単位面積あたりの面荷重と解釈しても面の合力と解釈しても合わず、同じ値を与えても四辺形面と三角形面で合力が8倍違う。

値の次元はマニュアルに定義がなかった。静解析の !DLOAD の圧力に倣い、面グループ名を指定した場合は単位面積あたりの面荷重と定めた。節点番号・節点グループ名を指定した場合は従来どおり集中荷重である。

実装は静解析の DL_C3 に倣った。DL_C3 は SurfaceNormal が返すベクトルをそのまま掛けており、その大きさが面のヤコビアン、向きが面法線である。!FLOAD の荷重方向は面法線ではなく指定した自由度番号の座標方向なので、ベクトルの大きさだけを面積要素として掛けている。

この変更は後方互換ではない。面グループ名を指定した既存の入力ファイルは、同じ値でも等価節点力が 変わる。従来の値に参照要素上の面積（四辺形面で4、三角形面で0.5）を掛け、面の実面積で割った値が 同じ応答を与える。

確認	結果
合力が等しい面荷重と集中荷重の一致	FQL04（先端面 0.02m² に50.0Pa）と FQL01（先端節点に1.0N）の掃引第2点で、節点2の変位振幅が 5.021064E-09 と 5.022045E-09。全節点の最大差は変位0.005%、節点応力・Mises応力0.020%
修正前の挙動	同じ比較で応答は400倍。参照面の面積4で配分されており、実面積 0.02m² が式に現れないため

FQL04 は値の意味が変わるため、!FLOAD の値を 1.0 から 50.0 に変更してリファレンスを更新した。 これは FQL01 の集中荷重 1.0N と合力が等しくなる面荷重である。ほかのテストのリファレンスは更新していない。

マニュアルの追記は frontistr_documents のブランチ feature/freq-fload-doc で行う。

変更内容

コミット	要約
2c08804e Apply the surface Jacobian to !FLOAD on a surface group	DL_C3_freq に面のヤコビアンを適用、FQL04 を 50.0Pa に変更しリファレンスを更新