2017 Fiscal Year Annual Research Report
Proposition of stochastic multiphysics and multiscale modeling with its applications and validation
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16H04239
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
高野 直樹 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10206782)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大谷 章夫 京都工芸繊維大学, 繊維学系, 准教授 (80569533)
松田 哲也 筑波大学, システム情報系, 准教授 (90345926)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | マルチフィジックスモデル / マルチスケールモデル / 複合材料 / 金属3D造形 / 確率的シミュレーション / 不確かさ / 損傷進展 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 基盤となる計算手法の開発 : 確率均質化法によりマクロ特性のみならずミクロひずみを計算する理論とプログラム開発を行うとともに、損傷予測、損傷進展解析のアルゴリズムを開発した。後述の3にて実用的問題の解析に成功した。
2. 基礎データ取得 : GFRPの射出成形品の繊維長分布の実測、ならびにマイクロドロップレット試験による界面強度の実測データを取得した。繊維長分布の実測値から対数正規分布で近似し、短繊維強化FRPのマクロ特性の確率的予測シミュレーションに成功した。
3. テキスタイルFRPの確率的マルチフィジックス・マルチスケールモデリング : 3次元織物複合材料における損傷発生予測、賦形を考慮したミクロ構造モデリング手法を開発し、実用的問題の確率的シミュレーションに成功した。また、成形時の樹脂流動による変形問題（マルチフィジックス問題）を解く際のモデリング法・アルゴリズム上の問題点の解決策を検討した。
4. 金属3Dプリンティングの確率的マルチフィジックス・マルチスケールモデリング : 材料特性に関し、FEM解析のための非線形材料モデルをばらつきを考慮しつつ構築した。また、マイクロCTイメージベースFEM解析も行い、造形品の強度低下要因に関する新たな知見を得ることができた。サポート構造内のミクロ構造も寸法計測とマイクロCT撮像を行い、熱伝導・熱変形解析用の基礎データを取得した。
5. 応用・発展探索 : 金属熱処理シミュレーションにおけるPIRTを完成させ、特に重要な熱伝達率に注目し、金属組織の変態も考慮した冷却シミュレーション（熱伝導解析）を行い、要因分析を実施し、新たな知見を得た。
6. 情報発信 : 論文発表、国内外の講演会発表を行った。特に、講演会ではOSを実施したほか、研究会活動も継続し、年度内に4回の会合を開催し、産業界に向けた情報発信を行った。
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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
計画通り、基盤となる計算手法の開発、基礎データ取得を行うことができ、テキスタイル複合材料、金属3Dプリンティングへの適用、ならびに金属熱処理シミュレーションという発展課題ともに順調に研究を遂行することができた。情報発信についても、多数の論文、国内外講演会での発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画調書に記載の通り、これまでに開発した計算手法および取得した計測データに基づき、FRPの成形プロセスにおけるマルチフィジックス・マルチスケール解析、金属熱処理プロセスのマルチフィジックス・マルチスケール解析において、不確かさを考慮した新規手法を開発する。同時に、非線形解析時の計算コスト低減による実用化を図るため、計算手法の改良について検討する。短繊維強化複合材料については、実用性に配慮した確率的ミクロ構造モデリング法を開発する。以上、すべて当初計画の通りである。
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