残留応力を伴う場でのカタストロフィック破壊の全過程を予測可能な数値解析手法の開発
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20K14812
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
廣部 紗也子 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), 研究員 (50837565)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 破壊解析 / 残留応力 / 熱応力 / 動的破壊解析 / 弾塑性解析 / 計算力学 / 数値計算 |
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| Outline of Research at the Start |
構造物のカタストロフィックな破壊の全過程の詳細な予測のため、「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「残留応力を伴う自己つりあい場での動的破壊進展」を同時に扱える動的弾塑性破壊進展解析手法の開発を行う。ダメージの蓄積によって突然発生する構造物のカタストロフィックな破壊は、予測不可能な現象である。本研究では、残留応力の解放と再分配を厳密に評価できる理論的枠組みの完成と、実大構造物のカタストロフィックな破壊過程を再現・予測できる数値解析コードの実装により、残留応力場が構造物のカタストロフィックな破壊過程に与える影響について検討を行い、実大構造物の崩壊挙動に関する新たな工学的知見の獲得を図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、構造物のカタストロフィックな破壊の全過程の詳細な予測のため、固体連続体の動的破壊進展過程における残留応力の解放と再分配を厳密に評価できる理論の確立、および「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「残留応力を伴う自己つりあい場での動的破壊進展」を同時に扱える動的弾塑性破壊進展解析手法の開発を行う。また、これらの理論と数値解析手法を用いて、本研究が提案する「残留応力を伴う自己つりあい場の僅かな乱れを引き金とする材料の動的破壊」が、ダメージが蓄積した構造物のカタストロフィックな破壊過程の支配的な要因であるという仮説の正否を検証し、新たな工学的知見を得る。
今年度は、昨年度スーパーコンピュータ上に実装した、残留応力場における動的破壊進展解析手法を用いて、三次元的な残留応力分布をもつ材料における動的破壊解析を実行した。解析では、残留応力分布の形状によって亀裂進展経路が変化する様子を再現することの成功した。さらに、本解析結果を強化ガラスを用いた実験結果と比較することで提案手法の妥当性を検証した。
また本解析手法を、温度変化による残留応力場の発生と準静的破壊進展にも拡張し、熱したガラス板を端部から冷却する際に観察される、準静的亀裂進展経路の遷移現象の解析を行った。この解析では、ガラス板幅、温度差、冷却速度を変化させることで、亀裂形状が直進・蛇行・枝分かれと遷移する様子を再現することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
予定通り、今年度は、三次元的な残留応力分布をもつ材料における動的破壊解析と実験結果との比較を実施することができたため。また、当初予定では、「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「動的破壊進展に伴う残留応力場の解放と再分配」を同時に扱う動的弾塑性破壊進展解析を使用して解析例の積み上げを行う予定であったが、この代わりに、残留応力場における動的破壊解析手法を、温度変化による残留応力場の発生と準静的破壊進展にも拡張し、過去の実験の再現に成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
既に実装済みの動的弾塑性破壊進展解析コードを用いて、様々な解析を実施する。また、解析結果を実験結果と定量的に比較することで、提案手法の妥当性と適用範囲の検証を行う。
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Report
(4 results)
Research Products
(13 results)
