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2012 Fiscal Year Research-status Report

粒子法を用いた薄板構造の圧壊挙動解析に関する研究

Research Project

Project/Area Number 24656535
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

田中 智行  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20452609)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2014-03-31
Keywords計算力学 / メッシュフリー法/粒子法 / 構造解析 / 非線形有限要素法
Research Abstract

本研究の目的は,メッシュフリー法/粒子法を用いて,防撓パネルなどの薄板構造物の圧壊シミュレーションを行うことである.最終強度後の防撓パネルの挙動は,パネルの座屈,塑性化,き裂の進展,破断を伴う複雑な非線形現象である.現在,防撓パネルの解析に多用されている有限要素法では最終強度に関しては高精度に評価できているが,き裂のモデル化,き裂進展にともなうメッシュ再分割などの問題から破断現象を伴う最終強度後の評価を行うことは容易ではない.このことに着目し,メッシュフリー法/粒子法を用いた新しい構造解析手法の開発を行う.本研究は,船体構造崩壊解析の高精度化および船体構造の高強度化に関する新たな研究領域開拓のための研究である.
今年度の目標と進捗に関して以下にまとめる.(a) メッシュフリー法/粒子法を用いた組み合わせ構造物のモデル化:複数のパネルから構成される板構造物の線形解析および幾何学的非線形解析を行うことが可能となった.メッシュフリー法では,各節点でクロネッカーデルタ特性を持たないため,MPC (Multiple Point Constraint) 法を用いた構造物のモデル化を行った.(b) 複雑な曲面形状を表現するための曲面座標系の導入:基本的なプログラムの開発は行った.有限要素法解析ソフト等との比較を行い精度検証を行った.本年度の研究目標はおおむね達成することができたと思われる.基礎的検討で単純な組み合わせ構造物の解析を行っているため,今後はより現実的なモデルの解析を目標とする.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究実施の概要の通り,初年度の目標はおおむね達成することができた.メッシュフリー法/粒子法を用いた解析では,有限要素法でのいわゆるクロネッカーデルタ特性を満足することができない.そのため,組み合わせ構造物に対する解析においても節点を共有するだけでは構造の連続性が保障できない.そこで,本研究では,MPC 法のアイディアをもとに定式化および離散化を行い,変形を連続させる形で組み合わせ構造物の解析を行うことができた.一方,メッシュフリー法/粒子法に対して MPC 法を適用した場合,拘束箇所で微小に応力が振動する問題が発生した.この問題に対しても,詳細に吟味し一つの問題解決法を提案することができた.メッシュフリー法/粒子法を用いた組み合わせ構造物の解析は,あまり実施されておらず申請者らのアプローチは意味のあるものと思われる.組み合わせ構造物への拡張という目標を達成できたため,現段階では,目標に対しておおむね順調に進展していると考えられる.

Strategy for Future Research Activity

現在までに組み合わせ構造への拡張を行うことができたため,今後はより現実的な構造物に対する適用を行う.具体的には以下の通りである.防撓パネルの座屈解析では,初期不整を導入する必要がある.現在の定式化に曲面座標の概念を導入することにより簡便に初期不整を定義することができる.本内容については現在進行中である.さらに,圧壊挙動の評価のために,材料非線形問題への拡張を行う必要がある.弾塑性問題への定式化を行う.メッシュフリー法/粒子法を用いた弾塑性問題は既存に実施された例題があるためそららの文献を参考にすることができる.最後に部材の破断を評価するため,き裂のモデル化に関する検討を行う.簡単な二次元平板に対する例題に関しては実施された例があるが複雑な構造物に対する例はあまりなく新しく解析手法の提案を行う必要がある.

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

現在までに得られた知見を外部に発表するため国内外への学会参加費,旅費として計上する.また,解析結果の整理を行うため小規模の計算機の購入を予定している.

  • Research Products

    (11 results)

All 2013 2012

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Two-dimensional Fracture Mechanics Analyses using the Wavelet Galerkin Method and eXtended Finite Element Method2013

    • Author(s)
      Satoyuki Tanaka, Hiroshi Okada, Shigenobu Okazawa, Masahiko Fujikubo
    • Journal Title

      International Journal for Numerical Methods in Engineering

      Volume: 93 Pages: 1082-1108

    • DOI

      DOI:10.1002/nme.4433

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Euler型有限要素法による粘着剤の粘性-超弾性解析手法2012

    • Author(s)
      西口浩司,前田和久,岡澤重信,田中智行
    • Journal Title

      日本機械学会論文集A編

      Volume: 78 Pages: 375-389

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A wavelet Galerkin method employing B-spline bases for solid mechanics problems without the use of a fictitious domain2012

    • Author(s)
      Satoyuki Tanaka, Hiroshi Okada, Shigenobu Okazawa
    • Journal Title

      Computational Mechanics

      Volume: 50 Pages: 35-48

    • DOI

      DOI: 10.1007/s00466-011-0671-9

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reproducing Kernel 近似を用いた非線形板曲げ解析における基本境界条件の処理に関する考察2012

    • Author(s)
      貞本将太,田中智行,岡澤重信
    • Journal Title

      土木学会論文集 A2 (応用力学)

      Volume: 68 Pages: 249-260

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 節点積分を用いた安定化有限要素法によるEuler 型大変形弾塑性解析2012

    • Author(s)
      岡澤重信,濱﨑透,渡部亮,田中智行,田中聖三
    • Journal Title

      土木学会論文集 A2 (応用力学)

      Volume: 68 Pages: 199-206

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 動的過渡解析における節点積分点を使用した四面体一次有限要素の改良2012

    • Author(s)
      濱崎透,岡澤重信,渡部亮,田中智行
    • Journal Title

      日本機械学会論文集A編

      Volume: 78 Pages: 1233-1241

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Analysis for solid mechanics problems using wavelet Galerkin method and the application for fracture mechanics problems2012

    • Author(s)
      Satoyuki Tanaka, Shigenobu Okazawa, Hiroshi Okada
    • Organizer
      KSME-JSME Joint Symposium on CM & CAE2012
    • Place of Presentation
      Kanazawa, Japan
    • Year and Date
      20120912-20120912
  • [Presentation] Three-dimensional Crack Propagation Analysis of Welded Joints2012

    • Author(s)
      Kosuke Takanarita, Satoyuki Tanaka, Shigenobu Okazawa, Hiroshi Okada
    • Organizer
      The 26 th Asian-Pacific Technical Exchange and Advisory Meeting on Marine Structures
    • Place of Presentation
      Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      20120903-20120906
  • [Presentation] An enforcement technique of essential boundary conditions for nonlinear plate bending problem employing reproducing kernel approximation2012

    • Author(s)
      Shota Sadamoto, Satoyuki Tanaka, Shigenobu Okazawa
    • Organizer
      10th World Congress on Computational Mechanics (WCCM2012)
    • Place of Presentation
      Sao Paulo, Brazil
    • Year and Date
      20120708-20120713
  • [Presentation] Collapse Behaviour and Ultimate Strength of Stiffened Plates with Arbitrary Number of Stiffeners subjected to Longitudinal Thrust2012

    • Author(s)
      Aya Yasuoka, Satoyuki Tanaka, Daisuke Yanagihara, Shigenobu Okazawa, Tetsuya Yao
    • Organizer
      The 22 nd (2012) International OFFSHORE AND POLAR ENGINEERING CONFERENCE
    • Place of Presentation
      Rodos, Greece
    • Year and Date
      20120617-20120622
  • [Presentation] Collapse Behaviour of Ship Hull Girder of Bulk Carrier under Alternative Heavy Loading Condition2012

    • Author(s)
      Zhiyong Pei, Kazuhiro Iijima, Masahiko Fujikubo, Yoshiteru Tanaka, Satoyuki Tanaka, Shigenobu Okazawa, Tetsuya Yao
    • Organizer
      The 22 nd (2012) International OFFSHORE AND POLAR ENGINEERING CONFERENCE
    • Place of Presentation
      Rodos, Greece
    • Year and Date
      20120617-20120622

URL: 

Published: 2014-07-24  

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