2021 Fiscal Year Annual Research Report
Generalization of brittle crack arrest evaluation in large structures: Development of fracture mechanics model and establishment of effective testing procedures
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18H03811
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
柴沼 一樹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30611826)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 克幸 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10235939)
川畑 友弥 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50746815)
三目 直登 筑波大学, システム情報系, 助教 (10808083)
森田 直樹 筑波大学, システム情報系, 助教 (20789010)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 脆性破壊 / 高速亀裂伝播 / アレスト / 重合メッシュ法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らが確立した局所破壊応力理論は、その妥当性こそ単純鋼板を対象とした実験と簡易数値モデルによる計算によって確認されていたものの、実際の船体部分構造である継手構造などを始めとした任意の構造体への適用は困難であった。この実現には局所限界破壊応力理論を実装した数値モデルを開発することが有効であると考えられる。しかしながら、局所破壊応力理論に基づき実構造体の脆性亀裂アレスト現象を再現するためには、1mオーダーの実構造に対して亀裂前縁近傍100μmオーダーの位置で局所応力を高精度に評価する必要がある。さらに、高速で伝播する亀裂前縁の形状を正確に表現することが局所応力の高精度な評価には必須となる。このため、構造解析手法として最も一般的かつ強力な手法である有限要素法の直接的な適用は困難であり、新たなモデル化戦略が必要となる。
これに対して本研究では、有限要素法の枠組みで局所的な高精度を実現する「重合メッシュ法」を基礎に「局所破壊応力理論」を実装した高速亀裂伝播モデルの開発を行った。本モデルは、解析領域全体を対象としたグローバルメッシュに対し、それとは独立に高精度評価が必要な局所領域に対して柔軟に導入可能なローカルメッシュの特徴に着目した提案である。具体的には、高速で伝播する亀裂前縁近傍に亀裂前縁形状に整合した局所的なローカルメッシュを導入し、動的亀裂伝播を再現する節点力解放法を実装することで、従来の手法の課題であった精度・計算効率・煩雑性・汎用性に関するのすべてを解決するものである。
円形亀裂に対する静的静止亀裂問題および動的亀裂伝播問題を対象とした厳密な精度検証の結果、本提案手法は低い計算コストを維持ししつつも極めて高い精度を実現することがかのうであることが示された。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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