2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of numerical element test for improving accuracy of structural performance evaluation of composite members
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15K14017
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
齊木 功 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40292247)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 均質化法 / 剛体回転 / せん断剛性 / 合成部材 / せん断遅れ / 直交異方性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，昨年度に課題の残った非均質梁（合成梁）の平均物性評価法の開発を行い以下の成果を得た．
昨年度，微視構造を持つ梁の平均物性評価のための周期境界条件および剛体回転拘束の方法を提案していたが，剛性比の大きな複数の材料からなる断面に対して，梁としてのせん断剛性が過小評価される問題が見出されていた．
これに対し，面外せん断による断面変形とせん断遅れによる断面変形を分離する方法を考案した．具体的には，(A)代表体積要素の一様せん断変形を従来通り計算し，(B)せん断遅れに関連する水平面内のせん断変形を拘束して代表体積要素の一様せん断変形を計算する．水平面内のせん断変形の拘束は，ペナルティ法の考えに倣い，構成材料を直交異方性弾性体とし，水平面内のせん断剛性を他の成分の剛性に比較して大きくすることで行った．次に，(A)の結果から(B)の結果を差し引くことによりせん断遅れ変形を抽出した．また，(B)の結果により面外せん断剛性を評価した．この方法により，剛性比の増加に対するせん断剛性の評価精度の低下の程度は改善することができた．
さらに精度を改善するために，代表体積要素に与える条件のうち，剛体回転拘束の方法を変更した．従来の方法では，回転を定義する断面を，変形前の断面を構成する点の最小自乗平面としていた．これを，断面を構成する材料の剛性を重みとした重み付き最小自乗平面に変更した．この変形後の断面の新しい定義によって，剛性比の大きな材料からなる複合断面のせん断剛性を従来よりも精度良く評価することができた．
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