2013 Fiscal Year Annual Research Report
マルチスケール非破壊検査法の提案－逆均質化法の新導入
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24360175
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
京谷 孝史 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00186347)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺田 賢二郎 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (40282678)
加藤 準治 東北大学, 災害科学国際研究所, 助教 (00594087)
中畑 和之 愛媛大学, 理工学研究科, 准教授 (20380256)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 非破壊検査 / 波動伝搬解析 / マルチスケール解析 / トポロジー最適化 / 逆均質化法 |
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| Research Abstract |
トンネルや橋梁などの土木構造物に内在する材料亀裂や劣化・損傷は，構造物のもつ性能を著しく低下させる要因となることから，それらを早期に発見するための非破壊検査法の開発が盛んに進められている．
しかし，土木構造物に用いられる従来型の非破壊検査法は既に大きく進展した亀裂の場所等を推定することは可能であるが，本来最も重要な，材料の強度低下を誘発する微細亀裂（マイクロクラック）の計測やミクロ領域における材料の劣化・損傷程度を評価することはできない．そのため，本研究は逆均質化法トポロジー最適化という新しい数理的アプローチによって，微細亀裂の幾何学的配置や劣化・損傷したミクロ構造の物理定数を同定できるマルチスケール非破壊検査法の開発を目的としている．
当該年度は, トポロジー最適化を実装することでマルチスケールトポロジー最適化のプログラムを完成させた．ここでの最適化プログラムについては，加藤がこれまでに作成したものをベースとしている．また，目的関数の感度の導出については，その精度を担保するための解析的手法を開発した．具体の数値計算例としては，周期境界を有するミクロ構造を有限要素法でモデル化した．これにより，基礎的段階のトポロジーを得ることに成功した．なお，現在は計算時間を短縮するためにプログラミングを効率化しており，概ねその作業が完了した．また，動弾性有限積分法(EFIT)による波動伝搬解析を使って，亀裂深さを同定するプログラムを作成した．これに関しては学術論文に投稿し，受理された．
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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
当該年度の計画は，加藤・京谷が協働してトポロジー最適化を実装することでマルチスケールトポロジー最適化のプログラムを完成させることであり，これに関しては達成したといえる．また，逆均質化法トポロジー最適化の複雑なアルゴリスムを検証をしやすくするための作業として，有限差分法（FDM）による感度を別途導出し，それと比較する作業も完了した．また，EFITによるひび割れ深さ同定の作業も完了している．
ただし，当初の予定であった，EFITを用いたひび割れトポロジーの同定よりも，有限要素法を用いたものの方が現実的な結果が得られることが研究を遂行する中で明らかになったきたため，ここでは若干の方針転換を検討している．
これらの背景より，概ね順調に進展しているものと認識している．
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| Strategy for Future Research Activity |
今回，EFITを用いたひび割れトポロジーの同定よりも，有限要素法ベースのものの方がより確かな結果が得られることが研究を遂行する中で明らかになったきたため，ここでは若干の方針転換を検討している．具体的には，ミクロ構造に変形を与えてミクロ構造とマクロ構造の挙動を個別に解く，有限要素法を基本として分離型マルチスケール解析の導入することで考えている．ここでは，寺田と加藤の分離型マルチスケールにおける豊富な知見を活かして，これらの問題に対する適切な手法の確立を目指す．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
次年度使用額は今年度の計画を効率的に推進したことに伴い、発生した未使用額である。
平成25年度請求額をあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。
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