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Space-time homogenization for fully thermo-mechanical coupled problems

Research Project

Project/Area Number 19K21062
Project/Area Number (Other) 18H05881 (2018)
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund (2019)
Single-year Grants (2018)
Review Section 0301:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, fluid engineering, thermal engineering, mechanical dynamics, robotics, aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Matsubara Seishiro  東北大学, 工学研究科, 助教 (40823638)

Project Period (FY) 2018-08-24 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords繊維強化熱可塑性樹脂 / 熱・機械強連成解析 / マルチスケール解析 / サイズ効果 / 超弾性有限変形理論 / 増分型変分法 / 時空間マルチスケール解析理論 / 拡張Hill-Mandel原理 / 増分ポテンシャル法 / 一般化収束論 / 時空間均質化理論 / 熱・機械連成問題 / 増分エネルギー停留値問題 / 乗算分解型粘塑性材料構成則
Outline of Research at the Start

本研究は,非均質体の微視構造内において,自己発熱や材料特性の温度依存性に起因して発現する温度と変形場の非定常な相互作用が反映された巨視的な物性を予測するための均質化法に基づく時空間マルチスケール解析理論および関連する数値計算手法を構築する.特に,これまで未着手であった時間スケールの分離を実現することにより,微視構造にて現れる高次の非定常性を十分に考慮しながら,効率的に両スケールの現象を予測することが可能な手法を開発する.

Outline of Final Research Achievements

In this study, we proposed a method of thermo-mechanical coupled two-scale analysis (space-time multi-scale analysis) taken into account microscopic unsteadiness of deformation and temperature fields in order to simulate thermo-mechanical coupled behaviors of fiber-reinforced thermoplastics (FRTP). As a result, we illustrated that the fluctuation temperature is related to the microscopic unsteadiness of the microscopic temperature field and reflected in the macroscopic unsteadiness along with the unit-cell size.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本手法によってはじめて複合材料のミクロ構造に内在するミクロな非定常性を考慮したマクロ構造の熱・機械連成挙動を評価することが可能となった.また,本手法は熱力学,および変分理論に完全に整合した論理体系を有する.このため,固体力学と非定常拡散の連成問題はもちろんのこと,化学反応を考慮したより一般性のあるマルチフィジックス問題への拡張も可能となる.さらに,フェーズフィールド法との親和性も高く,界面移動なども考慮したマルチフィジックス問題にも拡張が可能であると考えられる.したがって,本研究成果は,次世代のマルチスケール・マルチフィジックス計算力学の新基軸となるポテンシャルを有していると主張できる.

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Viscoelastic-viscoplastic combined constitutive model for glassy amorphous polymers under loading/unloading/no-load states2020

    • Author(s)
      Seishiro Matsubara, Kenjiro Terada, Ryusei Maeda, Takaya Kobayashi, Masanobu Murata, Takuya Sumiyama, Kenji Furuichi, Chisato Nonomura
    • Journal Title

      Engineering Computations

      Volume: - Issue: 5 Pages: 1703-1735

    • DOI

      10.1108/ec-05-2019-0197

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 2変数境界値問題に対する増分エネルギー汎関数の最小化アプローチ2019

    • Author(s)
      松原成志朗
    • Organizer
      第24回計算工学講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] A variational framework for thermo-mechanical coupled two-scale boundary value problems2019

    • Author(s)
      Seishiro Matsubara
    • Organizer
      COMPLAS2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermo-mechanical coupled Gradient-enhanced Two-scale Variational updates for Thermo-hyperelastic Composites2019

    • Author(s)
      Seishiro Matsubara
    • Organizer
      APCOM2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 一般化収束論に基づく非定常熱伝導・固体力学連成マルチスケール解析2018

    • Author(s)
      松原成志朗
    • Organizer
      日本機械学会 第31回計算力学講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-08-27   Modified: 2024-03-26  

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