Enhancing brittle crack arrest ability of ultra-thick steel structures by mechanism investigations
| Project/Area Number |
20F20364
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 24020:Marine engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柴沼 一樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30611826)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
TU SHENGWEN 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2022: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | 重合メッシュ法 / 弾塑性解析 / 精度検証 / 脆性破壊 / アレスト / 極厚鋼板 / PMMA |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、次世代の船体構造において適用が見込まれる超極厚鋼板で構成された構造部材において、その脆性亀裂停止（アレスト）性能を飛躍的な向上を実現するために、構造体の破壊安全性に関する評価手法を確立に向けた実験と数値解析モデル開発を行う。
まず、弾性材料であるPMMAを対象として、亀裂伝播・停止試験の高速度カメラ計測と重合メッシュ法に基づく亀裂伝播モデルの開発を行う。
次に、弾塑性材料である鉄鋼材料を対象として、表面部近傍の脆性・延性遷移挙動に着目した実験と、劈開破壊を記述する局所限界破壊応力理論と延性破壊を記述する損傷力学理論を実装した高速亀裂伝播モデルの開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
重合メッシュ法（s-version FEM, s-method）は、構造体全体を描写するための大きな要素サイズを有するグローバルメッシュに対して、亀裂や空孔などによる構造不連続に起因した局所的な応力集中部を描写するための小さな要素サイズを有するローカルメッシュを「重合」し、従来の有限要素法（FEM）と比較し、局所的な着目領域の計算精度を維持したまま、計算に必要な自由度数を大幅に低減可能とする手法である。近年、受入研究者はこの重合メッシュ法に基づく3次元動的亀裂伝播解析を開発してきた。しかしながら、これらの手法は弾性解析にその適用範囲が限定され、鋼の脆性亀裂伝播・停止挙動を再現するためには材料非線形性を考慮した弾塑性解析への拡張が必要であった。本研究では、弾塑性問題を対象とした3次元重合メッシュ法の定式化を行い、それを計算機上で安定的に解くための独自の数値積分手法を提案した。球孔による3次元応力集中問題を対象として本手法の精度検証を実行した結果、従来の有限要素法と比較して同程度の計算精度を得るために必要な自由度数を飛躍的に低減可能であることが示された。この結果より、実際の脆性亀裂伝播・停止現象を再現するために必要な数値解析の基盤を確立することに成功した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(3 results)
