2017 Fiscal Year Research-status Report
Bekker法の土壌力学パラメータによる３次元離散要素モデルパラメータ決定法
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16K07970
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中嶋 洋 京都大学, 農学研究科, 准教授 (80172302)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | モデル化 / シミュレーション / テラメカニックス / 離散要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は平板貫入の数値解析と乾燥砂ならびに昨年度製作したポリプロピレン製人工土モデル(MSM-L3モデル)を用いたせん断実験を行った．
(1)数値解析は昨年度に引き続き，Bekker法の平板貫入計測に関するオープンソースの3次元DEM解析プログラムYADEを用いた数値解析によりMSM-L3モデルの要素密度を変えた場合の解析を行った．直径5mmの半径を重複させたL3モデルと同じ要素形状を作成し，実験と同じ円形土槽寸法内に要素を発生させて自重圧密を1秒間行ったのち，実験と同じ貫入速度1cm/sで2種類の寸法の円板を深さ10 cmまで貫入させた．解析に用いた接触モデルはヘルツ型モデルであり，必要なパラメータはヤング率，ポアソン比である．なお，YADEにおける要素形状モデリング方法はL3モデルの様な球が重合する部分は質量も加わることが判明し，その影響を考慮するため再解析を行う必要があった．
(2)昨年度より継続していたモータ，減速機，トルク計測軸，せん断リングからなるせん断応力-せん断変位計測装置の製作を行い，乾燥豊浦砂ならびにMSM-L3モデルを対象にせん断実験を行った．なお，MSM-L3モデルはせん断力が小さく現状のトルク計測軸の検出能力では計測範囲外となったこと，かつ材料が高間隙状態のためせん断中にせん断リングが過大沈下を起こしたため，本年度のデータ処理からは除外することにした．豊浦砂を用いた得られた結果より，最大せん断匈奴へ漸近する指数関数への非線形フィッティングを行なった．せん断定数Kと粘着力c, 内部摩擦角φを求めることを試みた．その結果，間隙率が小さいときよりも間隙率が大きいものの方がせん断応力が大となり，せん断計測中のせん断リング自体の沈下による影響が懸念された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
せん断試験において，供試したトルク計測軸において当初想定した検出感度では対象としたL3材料のトルク計測が精度良く実施できないこと，またリングが沈下することによるものと考えられるゆるい間隙の場合にせん断応力が発揮される問題について，沈下の影響をどのように結果に反映させるかの検討が十分にできなかった．
また以前実施した平板貫入計測結果について，乾燥豊浦標準砂よりBekker定数として求めた摩擦性係数のオーダがL3材料から得たものと比較して，条件によっては一桁違うことも判明し，豊浦標準砂の平板貫入計測の摩擦性係数の結果を用いてL3モデルの摩擦性係数の予測をする試みについても，現段階では十分に考察ができていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は最終年度になるため，遅れの原因であるリングせん断時のリングの沈下についての対策を検討するとともに，豊浦標準砂の平板貫入実験ならびにせん断応力せん断変位実験を行い，乾燥状態の砂に関するBekker定数についての豊浦砂とL3モデルとの結果の相関を精査する．また，粘性土の例として，ガラスビーズモデルならびに藤森粘土や石川県ほ場土を対象に，Bekker定数を求めるとともに，YADEによる数値解析へ粘性成分を考慮した接触モデルを導入する．その結果をもとに，粘性土の場合のBekker定数とガラスビーズモデルの場合のBekker定数の比較考察を進める予定である．
また，これらを通して，実際の土のBekker定数とモデル土のBekker定数の相関を調査し，実際の土粒子よりも大きなモデルを用いる3次元DEM解析におけるDEMパラメータ設定にBekker定数の情報が利用可能かどうかを明らかにする予定である．
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| Causes of Carryover |
当初予定していた学生謝金を執行しなかったため次年度使用額が発生した．
次年度は最終年度でもあり，実験装置のさらなる改良ならびに3次元離散要素法の計算環境の整備を実施し，全体的な予算計画の中で学生謝金についても適宜考慮してゆく予定である．
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