2019 Fiscal Year Research-status Report
人工物デジタルツイン構築のためのマルチスケールモデル・モニタリングのシンセシス
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17KT0039
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
沖田 泰良 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50401146)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村山 英晶 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (10361502)
川畑 友弥 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50746815)
西野 成昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (90401299)
愛知 正温 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (40645917)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2021-03-31
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| Keywords | 構造健全性 / 非破壊検査 / 疲労損傷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)光ファイバセンサによる構造材料内ひずみ分布測定：円孔周辺部に光ファイバを重点的に装荷した模擬試験片を用意し、常温において最もふさわしい負荷様式にて繰り返し負荷を行い面内ひずみ分布測定を行った。また、模擬試験片を再現したFEMメッシュを作成し、実験と同様の繰り返し応力を負荷した。
(2)構造部材ひずみ集中部の損傷蓄積状況を予測する塑性力学モデル構築：光ファイバセンサによって検出されたひずみ集中部に対して、破壊発生の駆動力となるメゾスケール現象を塑性力学に基づいたモデルによって解明した。すなわち、鋼中に存在する第二相とマトリックスの境界での転位の蓄積挙動に対して、適度な計算負荷にて精度良く推定可能なCMSGP法を、市販有限要素法ソフトウェアに拡張適用することにより、損傷量を推定可能な計算手法を確立した。
(3)ミクロレベルのモデリング：メゾスケールでのモデル構築を受けて、転位組織を検出する検査技術について検討した。前年まで行ってきた超音波減衰率測定に対して実機適用上の課題を抽出し、非線形超音波の有用性と展開を明確化した。また、転位組織形成に伴う機械的特性変化を分子動力学法によって定量化するとともに、on-the-fly モンテカルロ法によって転位組織の時間発展モデルを構築した。さらに、微細組織形成に伴う非線形超音波の変化を分子動力学法によって解明する手法を構築した。
これらの成果を統合し、構造材料のひずみ分布から不連続面での損傷蓄積、それに伴う機械的特性変化、時間進展を記述することが可能となり、デジタルツインの基盤を確立した。
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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
分子動力学法やFEMなどに関しては、学術的に価値の高い成果を得ることができた。なお、ミクロレベルの検査技術として用いる超音波測定において、構造材料中の微細欠陥を非線形応答によって精緻に検出することが可能で、更に分子シミュレーションによって欠陥と信号変化の関係を定量化できることが明らかとなった。そのため、1年延長して、これらを取り入れたより高精度の検査手法を確立することを目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、橋梁・発電プラント・船舶等、巨大で複雑な人工物にデジタルツインを適用していくことを検討する。また、人工物を取り巻く環境や社会システムまでをも含めた人工物システムとしてのデジタルツインへの展開も視野に入れる．
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| Causes of Carryover |
クラスター計算機購入をやめて、大学所有の計算機を利用した。その差額は、実験関連消耗品購入、実験のための旅費等に
充当する予定である。
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