拡張有限要素法(X-FEM)による疲労き裂進展シミュレーションの実用化

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21560070
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 長嶋 利夫 上智大学, 理工学部, 教授 (10338436)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 末益 縛志 上智大学, 理工学部, 教授 (20134661)
• Keywords: 拡張有限要素法 / 疲労き裂進展 / はく離 / 有限要素法 / パリス則

Research Abstract

本年度は,レベルセット法を用いた拡張有限要素法(レベルセットX-FEM)を実用問題に適用するために,レベルセットX-FEMに基づく応力解析プログラムを整備した.X-FEM解析においては不連続性を有する変位関数が用いられるが,このような場合にも確実に数値積分を実施できるように,要素を積分領域に自動的に分割する技術の開発を行った.また、き裂進展解析に不可欠である拡充節点の自動的設定技術の開発も行った.これらの技術を開発プログラムに実装した,開発プログラムは二次元ソリッド要素X-FEM解析プログラム(XT2D),三次元ソリッド要素X-FEM解析プログラム(XT3D),CFRP積層複合材料構造用三次元ソリッド要素X-FEM解析プログラム(XSOLID),CFRP積層複合材料構造用三次元シェル要素X-FEM解析プログラム(XSHELL)である.これらの開発プログラムの検証解析を実施し,その結果を参照解や従来のFEM解析結果,さらには汎用FEMコードによる結果と比較することによってその妥当性を検証した.とくに接着面にはく離を想定したCFRP製補強材構造の応力解析に,積層ソリッド要素およびシェル要素を用いたX-FEMを適用し,その有効性を確認することができた.また、X-FEM解析結果の可視化処理方法について検討するために,XT2DおよびXT3Dの解析結果を用いた可視化処理の検討も実施した.以上の研究成果の一部は、学会講演会で講演発表を実施した.

Research Products

• [Journal Article] X-FEM analyses of a thin-walled composite shell structure with a delamimation (2010)
  • Author(s): Nagashima, T., Suemasu, H.
  • Journal Title: Computers and Structures Volume: 88 Pages: 549-557
  • Peer Reviewed
• [Presentation] (2010)
  • Author(s): 川本裕貴
  • Organizer: 第23回計算力学講演会
  • Place of Presentation: 北見市,北海道
  • Year and Date: 2010-09-25
• [Presentation] シェルモデルに対するX-FEM応力解析における拡充関数 (2010)
  • Author(s): 長嶋利夫
  • Organizer: 第23回計算力学講演会
  • Place of Presentation: 北見市,北海道
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] Stress analyses of a CFRP stiffened panel with a delamination by X-FEM using shell elements (2010)
  • Author(s): Nagashima, T., Suemasu, H
  • Organizer: 9th World Congress on Computational Mechanics/4th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics
  • Place of Presentation: Sydney, Australia
  • Year and Date: 2010-07-22