2016 Fiscal Year Research-status Report
マルチスケール確率応力解析を用いた不均質材料の新たな強度推定法の確立
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16K05995
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
坂田 誠一郎 近畿大学, 理工学部, 准教授 (80325042)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 複合材料 / マルチスケール確率応力解析 / 多孔質材料 / 材料強度試験 / 微視的その場観察 / 信頼性設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，複合材料や三次元造形材料などの不均質な材料を対象とし，微視的なばらつきを考慮した新たな材料強度推定法を開発することを目的としている．
当該年度は，研究実施計画に則り，（１）複数の幾何学的パラメータを確率変数とする場合のマルチスケール確率応力解析，（２）三次元造形材料の試験片観察による微視的な幾何学的パラメータの確率変動の定量化，（３）（２）に基づくモンテカルロシミュレーションを実施した．これにより，特にマルチスケール確率応力解析への有効性が期待できる逐次摂動法の複数変動を考慮した場合の精度や問題点を明らかにした．
成果（１）については，今後研究を遂行する上で，より現実的な問題を解析する際に重要となる知見を得ており，今後問題点の改良に役立つ．成果（２），（３）については，具体的な微視的ばらつきを考慮すべき材料についての実験的および数値解析的な検討結果を得ており，先進的な成果である．
成果（１）は２０１６年の国際会議で発表し，現在問題点の改良に取り組んでいる．また，成果（２）（３）の一部は２０１６年の日本機械学会計算力学講演会で発表，また２０１７年の国際会議で発表予定であると共に現在投稿論文を執筆中である．
また，併せて研究実施計画に示した通り，一方向繊維強化複合材料の引張強度試験における非接触その場観察を試行し，破断状態の確認を行った．結果，試験中の破断状況の確認は達成できたが，今後必要となる微視的ひずみ場の詳細解析および破壊進展挙動に追跡には解決すべき課題があることが明らかとなった．
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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
研究計画書に記載した通り，（１）提案する数値解析手法の２変数微視変動問題への拡張，（２）三次元造形材料の微視構造観察による確率特性定量化，（３）実験により得られた特性に基づくモンテカルロシミュレーションの実施に関わる内容についてはいずれも当初計画を達成し，研究は順調に進展していると考える．ただし，次年度以降取り組む計画となっている課題のうち，数値計算において最も重要な課題である複数の微視的確率変動を考慮した効率的な解析法の開発については，課題は明らかになっているものの現在までに有効な決定的対策の確立にまでは到っていない．また，引張試験の微視的その場観察における微視的ひずみ場の計測についても，変形に伴う微視構造の変化の観察における視野追随やフォーカス設定等の課題が有り，今後検討および改善が必要であるため，概ね順調に進展しているとした．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も，今年度に引き続きまずは研究計画書に従い研究を推進する．特に，進捗状況で述べた現在判明している課題，即ち複数の確率変動を考慮した場合の効率的解析法および微視的ひずみ場のその場計測法について優先して研究を進める．その後，研究計画に示した通り三次元造形材料の強度の確率特性を実験的に定量化すると共に統計的評価を行う．加えて，階層型解析手法も導入し実験面と数値解析面での検証を進める．
これを元に，平成３１年度以降に複合材料の微視的ばらつきを考慮した強度推定法の確立へとつなげる方針である．
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| Causes of Carryover |
当初計上していた機器が別予算で導入できたため，研究遂行上次いで重要な装置を物品費により導入した．また，消耗品等についても既に準備済みのもので初年度は足りたため，追加で購入する必要が生じなかった．これらが次年度使用額が生じた理由である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額については，研究成果発表のための旅費登録費，また実験を継続するために必要な消耗品の購入等に充当する計画である．
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