2020 Fiscal Year Research-status Report
材料強度発現のメカニズム解明のための金属組織を考慮したマルチスケールき裂進展解析
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17K17627
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
新宅 勇一 筑波大学, システム情報系, 助教 (80780064)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 破壊力学 / 計算力学 / 結晶塑性 / 異方性損傷モデル / 脆性破壊 / き裂進展 / マルチスケール / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、Augmented Lagrangian method(ALM)を用いることで、非周期的な構造に対しても周期境界を付加できるプログラムを開発してきた。しかし、根本的に非周期的な構造に対して周期境界を強制的に付与すると、境界面において不自然な応力集中が生じていた。これにより、境界上から破壊が生じ、結果としてALMが不安定的に動作しなくなる問題が生じていた。
そこで、均質化法の理論を一から見直した結果、ミクロとマクロの２つの空間スケールにおいてエネルギー保存をALMで満足させることで、非周期性を許容するマルチスケール解析手法の開発に成功した。これにより、周期性を無理やり境界に課した場合に発生していた不自然な応力集中が発生することなく、ミクロスケールの解析からマクロスケールにおける状態量を求めることが可能となった。さらに、不自然な応力集中がなくなったことで、数値解析自体も安定的に動作し、非線形ソルバーの反復回数も削減されたため、結果として計算時間も短縮された。
具体的な計算例として、フェライトとセメンタイトのラメラ構造を有するパーライト結晶粒の材料特性を中間的な空間スケールの値として求めた。さらに、パーライトとフェライトの結晶粒からなる多結晶体の有限要素モデルに対して、本開発手法を用いることで巨視的な材料強度の予測を実施した。加えて、結晶構造や結晶方位を変えた有限要素モデルに対して、同様の解析を複数回行うことで巨視的な強度のバラつきを評価可能となった。現在は、開発した手法の理論を整理し、国際学会での発表、および国際論文への投稿を準備している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
昨年度の時点で、当初の研究計画は概ね達成できていたが、均質化法の理論を一から見直したことで、非周期境界を許容するマルチスケール解析手法の開発に成功した。この成果は当初の研究計画では予想していなかったものであり、固体材料分野だけでなく、流体などの幅広い力学分野の発展に寄与できると考えている。一方、CONVID-19の影響によって国際学会へ参加ができないなどの研究成果報告に関しては遅延が見られる。しかしながら、全体的に見れば、当初の計画以上に研究を推し進めることができたと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、開発した手法の理論を整理し、国際学会での発表と国際論文への投稿を行いたいと考えている。加えて、今年度開発したマルチスケール解析に確率的手法を組み合わせるなど、より研究を発展させたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
当初参加を予定していた国際学会がCONVID-19のために延期となり、日程が合わなくなったため。
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Research Products
(10 results)
