2018 Fiscal Year Research-status Report
Peridynamicsを用いた脆性材料の動的破壊挙動の評価に関する研究
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18K04582
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
田中 智行 広島大学, 工学研究科, 准教授 (20452609)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Fracture Mechanics / Meshfree Method / Peridynamics / Dynamic Problem |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脆性材料の破壊発生からき裂進展・停止の挙動は荷重の低下とともに高速な移動現象を伴う不安定破壊である．そのため，き裂が進展した瞬間，き裂進展中，き裂停止時の挙動などは力学的にも解明されていない部分も多い．本研究では近年世界的に注目されている新しい数値解析手法の一つである Peridynamics (PD) 粒子法を用いた固体/構造解析および破壊力学解析に関する研究を行っている．Ordinary state-based PD を用いて動的J積分および動的応力拡大係数をもとに動的き裂進展解析を実施した．粒子間のボンドを切断することでき裂の自由表面を評価した．一般的に動的破壊問題は有限要素法を用いて評価されてきたが，有限要素法では要素を分割するという制約のため複雑なき裂進展のモデル化が難しい．PDの方法を採用することで複雑な動的き裂進展現象の評価が期待できる．一方，PDで動的にき裂を進展させる際に構造全体に数値振動が発生することを報告し，その回避方法として新しいボンド破壊のモデル化を行った．それにより数値振動を抑えることができ，高精度な動的応力拡大係数の評価が可能となった．本手法をモードI状態の動的破壊問題に対して適用し，解析結果の精度，数値振動の影響など詳細に検討した．さらに混合モード問題として Kalthoff-Winkler 衝撃試験を用いて動的応力拡大係数およびき裂進展方向について検討を行った．これらの数値解析結果より開発した Ordinary state-based PD は高精度な評価を与えることが確認できた．
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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
開発したプログラムにより動的破壊問題の評価が可能となった．二次元問題に対して動的破壊問題の評価が可能であることを確認した．これまでの研究はおおむね良好に進捗していると思われる．一方，三次元問題など大規模な問題に対しては粒子数が多くなるため並列化等の工夫が必要である．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は開発したプログラムを用いてき裂が進展し停止するまでのアレスト問題に取り組み，開発したプログラムの結果を既存の実験結果や数値解析結果と比較して妥当性について検討を行う．
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