2020 Fiscal Year Research-status Report

弾性および塑性領域を対象とした構造教育用ツールの開発

Research Project

Project/Area Number	19K03042
Research Institution	Gifu City Women's College
Principal Investigator	服部宏己岐阜市立女子短期大学, その他部局等, 教授 (50510476)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords	建築構造設計 / 教育 / 可視化 / 塑性領域 / デジタル画像相関法
Outline of Annual Research Achievements	昨年度は、近年開発されたデジタル画像相関法(デジタル撮影された微小な変形画像を比較することによって、ひずみ量などを解析し分布を図化する技術、以下DICという)を用いて応力分布を可視化する教育ツールの基礎実験を行った。DIC画像とFEM解析値の画像を比較し、弾性領域ではDICによってひずみ分布を精度良く表すことができたが、塑性領域では両者に違いが見られた。そこで、今年度はまずFEM解析ソフトについて、塑性解析時の傾向を明らかにすることを目的として比較検討を行った。その結果、以下の知見を得た。1)弾塑性解析による破壊領域は、試験体高さが大きくなるほど収束計算の際の誤差が生じやすくなるものと思われる。2)高さ20mm試験体では、降伏値（35N/mm2）以下の範囲において、連続的に（曲線上に）弾塑性解析値の値が大きくなる傾向が見られる。この傾向は載荷荷重が大きくなるほど顕著である。3)高さ40mm試験体では、載荷荷重が大きくなるほどばらつきが大きくなり、降伏値(35N/mm2）以下の範囲において、弾塑性解析の方が大きい値も小さい値も両方見られる。次に昨年度行った実験結果に対して、DICによる画像解析値とFEM解析値を比較し、両者の相関性についてさらに詳細に検討した。その結果、以下の知見を得た。1)弾性範囲では、試験体高さおよび縁応力が大きくなるほどばらつきが小さくなった。2)高さ20,80㎜試験体では、圧縮側のひずみの値が引張側よりも大きい傾向が見られた。3)高さ40,80mm試験体では、DICによる最大主ひずみの推定精度が極めて良好であった。4)塑性範囲では、試験体高さが大きいほどばらつきが大きくなった。これらの結果は、岐阜市立女子短期大学研究紀要第70輯（令和3年3月）および2021年度日本建築学会大会（東海）学術講演梗概集に掲載された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 令和元年度および2年度の研究計画では、整形な試験体に対して、万能試験機を用いて弾性領域から塑性領域に至るまで静的載荷実験を行い、DICによる応力分布の可視化を試み、弾性領域において概ね妥当な値が得られた場合は、塑性領域までの曲げ・せん断実験を行い、FEM解析値との比較によりその妥当性を検証することとしている。令和元年度は、弾性領域の実験を行い、DICによって画像解析と同条件によるFEM解析の両者を比較することによって、弾性領域においてはDICによってひずみ分布を精度良く表すことができたが、塑性領域では両者に違いが見られた。令和2年度は、DICによる画像解析結果およびFEM解析結果を数値化し両者を比較することによって更に詳細に検討した。弾性領域では精度良く表されることを示し、塑性領域においては、FEMによる解析方法および実験方法について検討の余地があることを今後の課題として提示した。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度は、塑性領域に関する更なる検討を進めるため、解析ソフトの違いによる塑性領域の解析値の比較検討を行う。塑性化しやすい材料を用いた塑性領域の実験的検討を行う。また、sDICソフトの応力分布に対応したプログラムについて検討する。また、動的挙動時の適用性に関する検討も進める予定である。まずは、動的解析が可能なFEM解析ソフトの検証を行い、次に動的実験を行い、DICソフトの適用性について検討する。
Causes of Carryover	令和2年度は、画像解析のために使用するDICソフトについて、ひずみ分布から応力分布への変換が可能となった時点で購入し使用する予定であったが、その開発に遅れが生じた。次年度において、応力分布の計算が可能となった時点で購入する予定である。