連続体損傷力学の計算力学的応用に関する研究

• 研究課題/領域番号: 02650309
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 船舶構造・建造
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 都井 裕 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (40133087)
• 研究分担者: 小畑 和彦 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (80013150) ; 弓削 康平 東京大学, 生産技術研究所, 講師 (10200867)
• 研究期間 (年度): 1990
• 研究課題ステータス: 完了 (1990年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 1990年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
• キーワード: 連続体損傷力学 / マイクロクラック / 有限要素法

研究概要

材料挙動の微視的考察に基づき、連続体損傷力学の手法を用いて、セラミックスおよびコンクリ-トに対し、静的および動的ひずみ下において弾性状態から破壊に至る構成関係のモデル化を行なった。これらの脆性固体においては、結晶粒レベルの微視的亀裂の発生、すなわちマイクロクラッキングが重要な役割を果すが、従来のモデル化では、圧縮応力場におけるマイクロクラックの閉鎖が考慮されていなかった。本研究では、不連続体力学モデルを用いた微視的解析シミュレ-ションにより、マイクロクラックの閉鎖、およびマイクロクラック表面における摩擦の効果を定性的に把握し、これを連続体損傷力学モデルに取り込むことによって、これらの影響を考慮している。
続いて、誘導した構成方程式を、増分理論に基づく有限要素解析に導入するためのアルゴリズムを検討し、2次元および3次元の有限要素パイロットプログラムを作成した。マイクロクラッキングの効果は、一部は接線剛性マトリックスにおいて、また残りは初期ひずみ項として考慮されている。
このプログラムにより、圧縮荷得を受けるノッチ付き試験片におけるマイクロクラッキング、および圧縮荷重を受けるコンクリ-ト充填鋼管の崩壊挙動を解析し、実験結果などとの比較により、誘導された構成関係の妥当性、および数値アルゴリズムの有効性を確認した。なお、購入したレ-ザ-プリンタは、大型計算機による数値計算結果のポスト処理に使用した。