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A Study on Data Assimilation of Finite Element Analysis Models Using the Digital Image Correlation Method

Research Project

Project/Area Number 19K12006
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 60100:Computational science-related
Research InstitutionChiba Institute of Technology

Principal Investigator

Akita Takeshi  千葉工業大学, 工学部, 准教授 (20405343)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
KeywordsData Assimilation / Inverse Problem / Finite Element Method / Kalman Filter / Damage Detection / 逐次データ同化 / カルマンフィルタ / 画像計測 / 損傷同定 / データ同化 / 有限要素解析モデル
Outline of Research at the Start

機械設計では,有限要素解析モデルが重要な役割を果たすが,従来,解析モデルの検証には,ひずみゲージ等で取得される少数の計測点と解析結果の比較による直感的な評価が一般的であった.近年発展しているデジタル画像相関法(Digital Image Correlation, DIC)による計測は,膨大な数の変位計測データを容易に取得することができる.解析モデルの評価にDICの計測データを用いた場合,膨大な数の計測点と解析結果の比較が必要であり,この際,統計的な評価法を構築することが必須となる.本研究では,計算統計学的な手法であるデータ同化を用いて解析モデルの統計的な評価を高精度に行う方法について検討する.

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a technique for effective condition monitoring of structures by performing a sequential data assimilation of finite element analysis models using many displacement measurement data obtained from the Digital Image Correlation (DIC) method. In this technique, the stiffness parameters in each finite element of the models are estimated as a state vector in the sequential data assimilation where the stiffness parameter distributions estimated over finite element model are utilized to detect regions damaged. In addition, we considered an efficient estimation technique by using the observation equation for displacement differences to remove errors common to the observation. Numerical experiments and experiments with real data validated the effectiveness of these technique presented in this study.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

デジタル画像相関法による計測技術は構造物の状態監視や損傷検知に有効な技術であるが,計測から得られる情報は,撮影領域の変位場,またその勾配から得られるひずみ場のみとなり,物性値や損傷度合いを評価するためには別途評価式を用いる必要があった.本研究は逐次データ同化技術を適用することで,デジタル画像相関法の計測情報のみでは把握できない状態量を,解析モデルを援用して取得する方法を提示するものである.本研究で得られた成果は,画像計測技術や損傷同定技術の分野の高度化において有用であると考える.

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] 膜面の面内変位分布に基づく張力場モデルの許容圧縮応力の設定に関する一計算例2022

    • Author(s)
      秋田 剛
    • Journal Title

      膜構造ジャーナル

      Volume: 1 Pages: 45-51

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 拡張カルマンフィルタを用いた平面応力モデルの要素剛性比をモデルパラメータとした逐次データ同化と損傷同定への適用2020

    • Author(s)
      秋田 剛
    • Journal Title

      日本計算工学会論文集

      Volume: 2020 Pages: 20200018-20200018

    • NAID

      130007904630

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] アンサンブルカルマンフィルタを用いた要素剛性の逐次推定と損傷同定への適用2019

    • Author(s)
      秋田 剛
    • Journal Title

      JCOSSAR 2019 論文集(A論文)

      Volume: 9 Pages: 494-499

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] デジタル画像相関法による変位の差分量を用いた板材の逐次データ同化実験2023

    • Author(s)
      秋田 剛,茅 大河
    • Organizer
      日本機械学会関東支部第29期総会・講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] しわを生じる膜面の面内変位分布を用いた張力場モデルの許容圧縮応力評価法に関する検討2022

    • Author(s)
      高橋 光弥,秋田 剛,岩佐 貴史
    • Organizer
      第35回計算力学講演会(CMD2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] デジタル画像相関法を用いた部分的な変位場計測に基づく損傷部材の逐次データ同化実験2022

    • Author(s)
      秋田 剛
    • Organizer
      第35回計算力学講演会(CMD2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] デジタル画像相関法を用いた変位差分を観測量とした逐次データ同化法の検討2022

    • Author(s)
      茅 大河,秋田 剛
    • Organizer
      第35回計算力学講演会(CMD2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 画像計測を用いた損傷部材の逐次データ同化に関する検討2019

    • Author(s)
      谷村昭彦, 秋田剛
    • Organizer
      第20回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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