2021 Fiscal Year Research-status Report
熱注入による免震ゴム支承の潜在的自己治癒能力の解放
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20K21028
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山田 正太郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70346815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
京谷 孝史 東北大学, 工学研究科, 教授 (00186347)
松原 成志朗 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40823638)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | ゴム / 免振 / 熱 / 自己治癒 / 損傷 / 異方性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，マイクロスフィアモデルに基づくゴム材料のモデル化を行った．マイクロスフィアモデルは分子鎖レベルでの応答をモデル化した上で，球面積分を通してマクロな応答を記述する．このモデルでは，損傷を方位毎に記憶するため，異方性損傷を考慮可能である．マイクロスフィアモデルのHelmholtzの自由エネルギーに損傷回復ポテンシャルを導入することで，同モデルを熱力学第二法則を侵すことなく損傷回復を考慮可能なモデルに拡張した．同モデルを熱連成解析コードに実装し，ゴム材料に特有な履歴曲線であるマリンす効果や，マイクロスフィアモデルの特徴である異方性を損傷が表現できることを例証した．また，損傷回復現象を数値的に再現し，載荷速度や放置時間，放置温度に応じて損傷回復程度が異なることを確かめた．加えて，熱連成解析により，損傷に起因する発熱や，吸熱を伴う損傷回復が再現可能であることを確かめた．
上記と並行して，ロバストな動的解析手法の開発も試み，1段2次の陰的ルンゲクッタ法に基づく動的解析手法を構築した．この手法は無条件安定な上，弾塑性構成則を適用した場合でも，適切な応力更新アルゴリズムを構築することで，運動方程式を満足させるためのNewton-Raphson法を本来の2次収束させることができる．今後，上記の熱連成解析コードにこの動的アルゴリズムを組みこむことで，免振装置の損傷を熱を与えることで回復させることの効果を確かめることができる．
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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
ゴム材料を対象とした損傷回復モデルの構築および熱連成解析コードの開発に成功した．地震応答解析を推進するために，ロバストな動的解析手法の構築にも成功した．
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| Strategy for Future Research Activity |
実験との対比により，開発した損傷回復モデルの妥当性検証を行う予定である．また，熱連成解析コードに開発した動的解析手法を適用した上で，熱を与えて免震機構の損傷を回復させることの効果について数値解析的に確かめる予定である．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍にあり，旅費の使用額が予定よりも減ったために次年度使用額が生じた．
次年度の計算機およびゴム試験片の購入代金として活用することを計画する．
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