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三次元イメージベース有限要素法によるコンクリート材料の圧縮軟化解析

Research Project

Project/Area Number 14750468
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Building structures/materials
Research InstitutionGifu University (2004)
The University of Tokyo (2002-2003)

Principal Investigator

永井 学志  岐阜大学, 工学部, 講師 (90334359)

Project Period (FY) 2002 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2004: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2003: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2002: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsコンクリート材料 / 複合材料 / 微視構造 / デジタル画像 / 有限要素法 / 破壊 / 3次元デジタル画像 / 有限要素解析 / 均質化法 / 界面 / 不連続性埋め込み要素 / 粒子分散 / 三次元デジタル画像 / 等値面再構成 / 不連続要素
Research Abstract

本研究は,コンクリート材料を粗骨材-モルタル-界面からなる複合材料として考え,その力学挙動を解明するための数値解析的手法を開発しようとしたものである.粗骨材-モルタル-界面の幾何学構造のモデリングが重要であるとの視点から,三次元デジタル画像を用いた有限要素モデリング手法を開発した.この有限要素モデリングの中でも中心となる手法は微視的引張破壊(クラック)の表現法であり,要素内に不連続変位を埋め込むものと非局所型でいくつかの要素により表現するものを提案した.本年度が本研究の総括であり,以下の成果を得た.
前者の微視的引張破壊表現法では,コンクリート材料の初期の非線形挙動を詳細に追跡し得ることの計算例を示した.また,後者の表現法では,前者に比べて精度はよくないものの,巨視的引張破壊はもちろん巨視的圧縮破壊の最後(圧縮軟化)まで安定して追跡することができた.後者を用いて,非線形要因として微視的な引張破壊のみを考慮するだけで,一般的な多軸圧縮負荷においても工学的な予測式と定性的に一致することを示した.これらの成果は,論文としての発表の他,コンクリート工学協会「コンクリートの微細構造解析研究委員会」においても発表した.
本解析手法は,三次元解析と細かい直交メッシュゆえに非常に多くの演算量を必要とするが,計算機の高性能化に伴い解決すると考えられる.一方,問題点としてより明らかとなったのは,界面についてモデリングはできても与えるべき材料物性値が不足していることである.なお,本解析手法の機能性多結晶セラミックスへの適用についても,本年度,若干の検討を行い,原則として適用可能であることを示した.

Report

(3 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • 2002 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2005 2004 Other

All Journal Article (5 results) Publications (10 results)

  • [Journal Article] Modeling of Polycrystalline piezoelectric ceramics by using voxel FEM2005

    • Author(s)
      G.Nagai, S.Tsukiashi, K.Watanabe
    • Journal Title

      Proceedings of the International Conference on Computational Methods (in press)

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    • Author(s)
      永井学志, 月足繁, 渡邊勝彦
    • Journal Title

      第54回理論応用力学講演会講演論文集

      Pages: 179-180

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    • Author(s)
      浅井光輝, 山岸道弘, 寺田賢二郎, 永井学志
    • Journal Title

      土木学会論文集 No.759/I-67

      Pages: 233-245

    • NAID

      10012033414

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      日下桂一, 寺田賢二郎, 永井学志, 石井惠三
    • Journal Title

      計算工学講演会論文集 Vol.9

      Pages: 817-818

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    • Author(s)
      永井学志, 月足繁, 渡邊勝彦
    • Journal Title

      計算工学講演会論文集 Vol.9

      Pages: 29-30

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  • [Publications] 浅井光輝, 山岸道弘, 寺田賢二郎, 永井学志: "非局所型ボクセル有限要素法の開発とその破壊挙動解析への適用"土木学会論文集. (4月号掲載決定). (2004)

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  • [Publications] 永井学志, 山田貴博, 渡邊勝彦: "粒子系複合材料のイメージベース有限要素モデリングのための界面再構成手法"計算工学講演会論文集. Vol.8. 579-582 (2003)

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  • [Publications] G.Nagai, J.Fish, K.Watanabe: "Stabilized Nonlocal Model for Dispersive Wave Propagation in Heterogeneous Media"Proceedings of World Congress on Computational Mechanics. On Internet. 1-16 (2002)

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  • [Publications] 永井学志, J.Fish, 渡邊勝彦: "複合材料中を伝播する分散性波動の非局所型安定化モデル"計算工学講演会論文集. Vol.7. 509-512 (2002)

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  • [Publications] 永井学志, 大久保拓哉, 山田貴博, 渡邊勝彦: "イメージベース有限要素法によるコンクリート材料の非線形解析"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. Vol.II. 49-50 (2002)

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  • [Publications] 永井学志, 山田貴博, 渡邊勝彦: "等値面と不連続要素による複合材料の三次元有限要素モデリング"第52回理論応用力学講演会講演論文集. 299-300 (2003)

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Published: 2002-04-01   Modified: 2016-04-21  

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