2017 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, 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 / 微視的ひずみ場計測 / 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，研究実施計画にに則り，（１）非一様な多変数変動問題への解析手法の拡張，（２）三次元造形装置により作成した試験片の微視構造観察による確率特性定量化のための追加実験，（３）三次元造形装置により作成した試験片の確率均質化解析に適した数値モデルの検討，（４）繊維近傍の弾性率のばらつきが及ぼす微視的応力状態への影響の解析，（５）繊維強化材料の微視的なひずみ分布計測法の開発を行った
このうち（１）は，特に一方向繊維強化複合材料について，まず強化繊維が２×２または３×３本程度の小さな範囲で解析可能な手法を開発し，精度検証を行った．また，提案手法がより広い範囲の多変数非一様変動に適用可能かどうかについて，基礎的検討を行った．また，多項式近似確率均質化解析法の複数変数への拡張可能生についても検討を行った．
（２）については，既に一昨年度までに必要な実験を行っていたが，当該年度に検証のための追実験を実施したところ，これまで使用していた造形材料から特性が変化しており，造形用樹脂が代わっていることが判明した．このため，今後の研究に以前のデータが使用できないことから，急遽追実験を実施したものである．（３）は，通常の単位セルを用いた確率均質化と微視構造およびその確率特性の非一様性を考慮した階層型モデルを比較し，階層型モデルが当該解析に有用であることを示した．（４）（５）については，本研究課題の中心である不均質材料の微視的ばらつきの同定と強度への影響について，数値解析と実験の両面から検討を行った．特に，実際の微視的ひずみ場計測のために，DIC（デジタル画像相関法）とKriging法を併用した手法を提案した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究計画書に記載したとおり，当該年度では（１）非一様な多変数変動問題への解析手法の拡張，（２）提案手法による解析の実施及びＭＣ（モンテカルロシミュレーション），実験結果との比較については順調に進んでいるが，（３）見かけの強度と微視的ばらつきの関係の定量化については，上記実績にも記載した通り造形材料が変更となり，既に計測済みのデータを再取得するための実験が急遽必要となったため，確率均質化特性に関する解析及び実験は実施できたが強度評価にまでは到っていない．本内容は昨年度から本年度にかけて実施する予定であったこと，また実験結果自体はおよそ得られているため，進捗としてはやや遅れている状況と判断している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進についても，今年度に引き続き研究計画書に記載した内容に従い実施する予定である．上記進捗状況に記載したとおり，造形材料の変更という当初想定していない問題が生じたが，既に一定の実験及び解析は実施できたため，本年度内のマルチスケール応力解析ならびに見かけの強度評価を行い，解析手法の検討が実施できるよう進める予定である．
解析手法等については開発が順調に進んでいることから，さらに一般的な問題に拡張できるよう例えば重合メッシュ法などの導入を検討する．
実験面では，一昨年度までの課題は改善されたものの，測定対象の寸法と現状の実験条件で実施可能な精度の関係など新たな問題が生じているため，より重点的に検討を進める方針である．
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| Causes of Carryover |
当該年度予算では主に（１）成果発表旅費，（２）造形材料の補充，（３）消耗部品の購入を行う予定であったが，（１）は大学予算で充当できたこと，（２）は既に補充していた材料で足りたこと，並びに（３）は消耗部品の破損が生じず交換時期が先送りできたことにより予算使用がなくても研究を実施できた．しかしながら，特に（２）と（３）については，次年度での追加が必要となると見込まれたため，発表旅費と共に当該予算を翌年度使用とし，予算を効果的，効率的に使用する計画とした．
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