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乾燥破壊現象における亀裂パターン形成の数値解析

Research Project

Project/Area Number 17J00574
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Structural engineering/Earthquake engineering/Maintenance management engineering
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

廣部 紗也子  慶應義塾大学, 理工学部, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywordsパターン形成 / 数値解析 / 破壊現象 / マルチフィジックス
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、乾燥収縮および熱応力による亀裂の形成・進展の全過程の予測・制御手法を確立することを目的とする。具体的には「拡散現象による亀裂パターン形成」の解析手法としての一般化を図ることで、提案手法が亀裂の進展予測・制御のためのツールとなることを示す。
本年度は、昨年度提案した乾燥破壊現象に対する解析手法を熱拡散および動的破壊にまで拡張し、「拡散現象による残留応力場の発生と亀裂パターン形成」の解析手法としての一般化を図った。そのため、熱拡散による材料変形の影響の解析コードへの組み込み、拡散によって発生する残留応力場内での動的破壊の理論的枠組み・解析コードの構築を行った。
理論および解析コードの妥当性確認のため、熱拡散による残留応力場内での準静的亀裂進展について解析を行った。既存の実験において、ヒーターで熱したガラス板を端部より水槽で冷却することで、準静的亀裂進展が観察されている。このとき、ヒーターと水槽の温度差・冷却速度・板サイズなどのパラメータの変化により、亀裂形状が直進・蛇行・分岐と遷移する。本年度の解析では、パラメータを変化させることで、実験で観察される全ての亀裂形状とその遷移過程まで再現することができた。
さらに、残留応力場内の動的破壊に関する理論および解析手法の妥当性を確認するため、残留応力場を有する強化ガラスの動的破壊パターンの解析を行った。強化ガラス板中の亀裂は残留応力場パターンに応じた亀裂パターンを形成する。本年度は、動的破壊過程における残留応力場の解放と再分配および弾性波が亀裂進展に及ぼす影響を厳密に評価するため、新たな数理モデルを構築し適切な離散化を施すことで、残留応力場内の動的破壊進展の解析を可能にした。
以上により、本研究が提案する「拡散現象による亀裂パターン形成」に関する理論および解析手法の妥当性が確認された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results)

  • [Journal Article] Modeling and numerical investigations for hierarchical pattern formation in desiccation cracking2017

    • Author(s)
      Hirobe Sayako、Oguni Kenji
    • Journal Title

      Physica D

      Volume: 359 Pages: 29-38

    • DOI

      10.1016/j.physd.2017.08.002

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modeling and Simulating Methods for the Desiccation Cracking2017

    • Author(s)
      Sayako Hirobe and Kenji Oguni
    • Journal Title

      International Journal of Computational Methods

      Volume: - Issue: 05 Pages: 1840011-1840011

    • DOI

      10.1142/s021987621840011x

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Numerical Analysis of Crack Propagation in Tempered Glass Plate2018

    • Author(s)
      Sayako Hirobe
    • Organizer
      The 13th World Congress in Computational Mechanics (WCCM XIII)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Simulation of Riedel Shear in Surface Earthquake Faults2018

    • Author(s)
      Sayako Hirobe
    • Organizer
      The 9th International Conference on Computational Methods (ICCM2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical analysis for fracture process in thin plate of thermally tempered glass with in-plane stress distribution2018

    • Author(s)
      Sayako Hirobe
    • Organizer
      ICG Annual Meeting 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical analysis for quasi-static crack propagation in a heated glass plate2018

    • Author(s)
      Sayako Hirobe
    • Organizer
      55th Annual Technical Meeting of the Society of Engineering Science (SES2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 拡散による破壊現象のモデル化と数値解析2017

    • Author(s)
      廣部 紗也子、小國 健二
    • Organizer
      第20回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 剛飛翔体の衝突による破壊現象の数値解析2017

    • Author(s)
      廣部 紗也子、貝原 悠希、中釜 裕太、中田 達也、小國 健二
    • Organizer
      第20回応用力学シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical Analysis for Propagation Process of Diffusion-induced Cracks2017

    • Author(s)
      Sayako Hirobe, Kenji Oguni
    • Organizer
      Fifth International Conference on Computational Modeling of Fracture and Failure of Materials and Structures (CFRAC 2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Analysis for Diffusion-Induced Cracks2017

    • Author(s)
      Sayako Hirobe, Kenji Oguni
    • Organizer
      14th U.S. National Congress on Computational Mechanics (USNCCM 14)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical analysis for diffusion induced crack patterns2017

    • Author(s)
      Sayako Hirobe, Kenji Oguni
    • Organizer
      The 2017 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics (ASEM 17)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 拡散による破壊現象における亀裂パターン形成の数値解析2017

    • Author(s)
      廣部 紗也子、小國 健二
    • Organizer
      平成29年度土木学会全国大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Numerical analysis for the pattern formation in diffusion-induced cracks2017

    • Author(s)
      Sayako Hirobe, Kenji Oguni
    • Organizer
      The 2nd International Conference on Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems (COMPSAFE 2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Investigations on Fracture Phenomenon Due to a Projectile Impact2017

    • Author(s)
      Boyang Zhang, Sayako Hirobe, Yuta Nakagama, Tatsuya Nakada, Kenji Oguni
    • Organizer
      The 2nd International Conference on Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems (COMPSAFE 2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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