Development of prediction system for mechanical properties of multi-material structures by data assimilation and multiscale-multiphysics analysis

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03776
• Research Institution: Tokyo City University
• Principal Investigator: 岸本 喜直 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (20581789)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 機械材料・材料力学 / 逆問題 / マルチマテリアル / マルチスケール / マルチフィジックス

Outline of Annual Research Achievements

本研究は直接測定が困難な接合部界面におけるミクロスケールの応力分布や表面性状を，直接測定が容易なマクロスケールの固有振動数と減衰比から逆解析的に同定するとともに，データ同化によって実時間で数理モデルの再現性を向上しながら，系全体の力学パラメータの時系列変化を予測するシステムの構築を目指している．２０２３年度は引き続き接合部界面における異材の影響を調査した．２０２２年度の研究結果から，接合部界面の凹凸に接着剤が入り込むことで界面剛性が増加したことが考えられ，接合部の界面剛性は一体物の試験片に近づくことが示唆されていた．そこで，今年度は試験片の固有振動数だけでなく，減衰比にも注目することにした．具体的には，鋼板二枚を八組のボルト，ナット，座金を用いて締結した試験片を用意して打撃試験を実施し，ボルト・ナットの締付力に対する試験片の固有振動数と減衰比の変化を測定した．ここで，比較のために試験片の接合部界面を接着したものと接着していないものを用意した．また，接着剤の持つ粘性の影響も予想されたため，被締結材を鋼よりも粘性の高いＡＢＳ板に変えた試験片も用意した．並行して，本予測システムを用いて試験片の固有振動数と減衰比を予測した．打撃試験の結果，被締結材が鋼の場合は接合部界面を接着すると，固有振動数のみならず減衰比も接合部界面の無い一体物の試験片に近づいた．一方で，被締結材がＡＢＳ板の場合は減衰比が高くなった．以上のことから，接合部界面を接着すると，ほぼ一体物の試験片と同じ固有振動数と減衰比を示し，接着剤の持つ粘性はほとんど無視できること，および接着の無い場合の減衰比は接合部界面の摩擦減衰に起因することがわかった．また，接着の無い場合の固有振動数と減衰比の予測結果は打撃試験の結果とよく一致しており，接着の有る場合は一体物として取り扱えば，予測結果と打撃試験の結果が一致することがわかった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

２０２１年度の研究室利用制限によって，計画通りに実験を実施できない期間があったが，実験方法を再検討するなどして，おおよそ１年遅れではあるが研究の進捗を取り戻している．

Strategy for Future Research Activity

２０２４年度はこれまでの研究成果をまとめるとともに，本予測システムにおける数理モデルの改良に取り組む．

Causes of Carryover

２０２３年度もおおむね順調に研究が進んだが，コロナ禍に伴う２０２１年度の研究室利用制限の遅れを完全に取り戻すまでには至らなかった．引き続き実験の遂行に必要な試験器具および試験片材料費のほか，研究成果の発表にかかる諸費用に使用する予定である．