2022 Fiscal Year Annual Research Report
Coarse-grained computational solid mechanics for mechanical metamaterials drived by micro-rotational instabilities incorporated with pre-stress fields
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20H02030
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中谷 彰宏 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (50252606)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 変形体力学 / 計算力学 / 不安定性理論 / マルチスケール理論 / メタマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は微細な内部構造を有する材料システムの中で、予応力場(能動的・積極的に導入する場の意味で、残留応力場とは区別してこう呼ぶ)と微視回転型不安定機構を内在する力学的メタマテリアルのミクロ現象とマクロ特性の関係を記述する粗視化計算力学解析法の定式化とその実証を行うことを目的としている。
2023年度は、液相と固相の相互作用によって駆動される剛体板の微視的回転に関するフェーズフィールド解析を実施した。また硬質相と軟質相がスタッガード構造を構成するミクロ構造を有する真珠層類似材料の力学特性と強靭化に関する検討を中心に研究を行なった。特に、モードI開口型の巨視的き裂先端近傍の強い応力こう配を有する特異場において、小規模降伏仮定を満たす損傷条件下での微視的変形とき裂進展パターンについて、界面の接線方向と垂直方向の結合強度比、および微視構造を構成する硬質材のアスペクト比をさまざまに変化させた条件で計算機シミュレーションを実施した。このような微視構造を有する材料の粗視化モデルとして直交異方弾性体モデルを提案し、その弾性特性を近似的に求める方法を提案し、異方性弾性論に基づいた線形破壊力学により評価されるエネルギー解放率の理論値が計算力学モデルで数値的に評価したJ積分値がよい一致を示すことから、近似モデルとしての妥当性を明らかにした。さらに具体的に、粗視化連続体モデルと微視構造モデルのハイブリッド構造によるシミュレーションの結果、破壊の微視的パターンは４つのカテゴリーに分類できることを明らかにするとともに、結合強度比とアスペクト比をパラメーター空間とするメカニズムマップによって整理できることを示すことに成功した。提案の方法論と得られた知見は微視構造の不安定機構を利用した力学的メタマテリアルの設計指針を与えるものと期待される。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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