| Project/Area Number |
23K13240
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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 18030:Design engineering-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
杉山 裕文 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (90803007)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2026: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | き裂進展解析 / 計算力学 / 有限要素法 / 損傷モデル / 一般化有限要素法 / き裂 / 異種材料 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、繊維強化樹脂材料と金属材料を直接接合した場合の任意箇所・任意方向のき裂進を予測するためにき裂進展解析手法を提案する。そのために、樹脂と金属という機械的特性が大きく異なる材料の直接接合部の破壊モデルを開発する。一般化有限要素法と損傷モデルを融合させることでき裂の発生・進展・破壊を一括して取り扱えるき裂進展解析手法を開発する。それを用いて接合材料の力学挙動や破壊シナリオを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、樹脂と金属という機械的特性が大きく異なる材料の直接接合部における破壊をき裂のような不連続変形の発生・進展・破壊にいたるまでの一連の過程を取り扱えるき裂進展解析手法を開発する。そのために本年度は一般化有限要素法を用いた3次元き裂進展解析手法の開発を行うとともに関連するアルゴリズムを整備する。物体へのメッシュ生成には複雑な形状に対しても比較的容易にメッシュ分割できることを踏まえて4面体要素を採用することとする。き裂の発生時には要素内部にどのような不連続面が発生するのかを決定する必要がある。本研究では、不連続面を含む要素を構成する辺上に不連続面の頂点が配置されるものとして各要素ごとにき裂面を表現する。本年度は3次元でのき裂の取り扱いを検討するため材料構成則としては一般的な等方性構成則を採用して検証を進めていく。また、き裂の発生基準は各節点を評価点とする応力値を採用し、周辺の数値情報を用いて発生位置やき裂進展方向を決定した。き裂面は算出したき裂進展方向と開始位置を基に特定の節点を含む要素グループに対して判定を行い、き裂面が横切る場合には直線で囲まれた空間として取り扱った。発生したき裂の分岐・結合は考慮しない状態で関連するアルゴリズムを整備することでき裂進展解析手法を実装した。直接接合部での破壊挙動についてはき裂の発生場所を観察することが重要であると考えられ、提案手法であれば任意の箇所から発生するき裂の評価が可能である。
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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
直接接合部の評価において従来の2次元き裂進展解析手法だけでは破壊シナリオの評価が難しいと考え、本年度は3次元でのき裂進展解析手法について一般化有限要素法を用いた開発を行った。計算精度においては6面体要素が候補ではあるがメッシュ作成が進めやすい4面体要素を採用し関連するアルゴリズムを開発した。これらは、今後開発する材料モデルを組み合わせることで接合部の破壊シナリオの検討を進めていく。変形が厳しい場合や塑性変形が卓越した場合の検討についてはさらに取り組む必要があるが概ね良好な進捗だと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属と樹脂の混合領域の材料モデルを確立するために、従来の損傷モデルについて見直し、接合部を考慮でき構成モデルを構築する。これに加えて、損傷モデルで指摘されている局所化の影響を排除する手法の導入することでロバストなモデルに拡張していく。開発したき裂進展解析シミュレーションに材料モデルを導入し検討を行っていけるように、接合部に適したき裂の発生基準やき裂面の進展方向について検討する。
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