2022 Fiscal Year Annual Research Report
Crack propagation analyses of crossing dissimilar interface by the extended finite element method
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18K11341
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
長嶋 利夫 上智大学, 理工学部, 教授 (10338436)
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2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 計算力学 / 異種材界面 / J積分 / XFEM / 領域積分法 / クラッド鋼 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、異種材界面を含む構造物の疲労き裂進展解析を効率的に実施するために、三次元拡張有限要素法（XFEM）解析プログラムNLXFEM3Dstrctの開発とその実行を制御するプログラムSim2Dの開発を実施した．NLXFEM3Dstrctは、ヘビサイド関数だけを拡充した三次元レベルセットXFEM解析が実施可能であり、き裂前縁上の評価点における応力拡大係数（K値）が評価可能である．Sim2Dは、前縁におけるK値と疲労き裂進展則（パリス則）を用いて、き裂前縁形状を更新させることができる．最終年度（2022年度）は，材料物性が等方性だけではなく横等方性の場合も、XFEM解析で得られたJ積分の値からK値を分離できる方法を開発、提案して、その妥当性を検証した．NLXFEM3DstrctとSim2Dを組み合わせることにより、異種材界面を含む構造物の疲労き裂進展解析が実行可能な解析システムを構築した．
開発した解析システムはXFEMに基づいているため，１種類の有限要素モデルを準備するだけで良い．また，材料毎に異なるパリス則を与えることができる．さらに，領域積分を実施するための積分領域が異種材界面に重ならない範囲で，それぞれの単一材料領域におけるK値を算出し，それらの値を外挿することによって，異種材界面近傍におけるK値を評価する方法を用いている.
開発システムを用いて、異種材界面を含むクラッド鋼材のCT試験片を対象とした疲労き裂進展解析を実施し，き裂進展挙動について解析結果と試験結果を比較した．定性的には実験結果と整合した結果が得られている．き裂進展挙動について，開発システムを用いて様々な解析条件を検討しながら定量的に妥当性の検証を実施した．
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