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材料損傷および破壊を考慮した構造解析法に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 11650951
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 海洋工学
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, 教授 (40133087)

研究分担者 李 廷権  東京大学, 生産技術研究所, 助手 (40302624)
研究期間 (年度) 1999 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2000年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
1999年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
キーワード骨組構造 / 三次元構造 / 材料損傷 / 有限要素法 / 構造解析 / 材料破壊 / 塑性 / 熱弾性 / 海洋構造物 / 船体構造 / 連続体損傷力学 / 損傷 / 破壊 / 亀裂
研究概要

船体あるいは海洋構造物などの通常の構造解析においては、応力分布、変形、塑性と座屈などを伴う最終強度の評価などが解析目標となるが、座礁、衝突、転覆など、実際の重大事故においては、疲労および破断などの材料損傷および破壊が重要な役割を果たしている。しかしながら、日常的な非線形構造解析ツールとして使われる有限要素法汎用ソフトなどにおいても、塑性、座屈などのいわゆる材料および幾何学的非線形性に比し、材料損傷、破壊などの考慮は極めて不十分な段階に留まっているのが現状である。船舶・海洋工学分野においては、鉄鋼は言うまでも無く、新合金、プラスチック、セラミックス、コンクリート、氷など、種々の材料・固体から成る構造物の多様な環境下における合理的な極限強度評価法の確立が求められている。
本研究では、これらの固体・構造強度問題に対し、連続体損傷力学を援用した非線形構造解析法を確立するための基礎研究を行ない、より合理的な解析的強度評価手法の確立に寄与することを目的とした。研究成果の詳細は後述するが、主要な成果は次の2点である。すなわち、(1)熱荷重を受ける構造要素の熱弾塑性損傷解析法の確立と有用性の実証、(2)予損傷鋼材の数値材料試験法の開発と有用性の実証である。前者においては、溶融亜鉛めっきを受ける板桁橋梁部材および送電鉄塔部材の亜鉛脆化割れ挙動について、損傷力学モデルによる有限要素解析を行ない、力学的観点からの現象を解明した。また、熱衝撃・熱サイクルを受ける傾斜機能材料に対する損傷解析を行ない、材料設計における有用性を指摘した。後者においては、静的・動的引張試験、疲労SN曲線により同定した損傷力学モデルを用いて、予疲労・予ひずみなどの予損傷を受けた鋼材の動的引張挙動をシミュレートし、予損傷鋼材に対する材料試験の数値的代替が可能であることを示した。両者ともに計算固体力学の新分野への展開であり、材料損傷および破壊を考慮した構造解析法開発への第1歩を印すものと考えられる。

報告書

(3件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (19件)

  • [文献書誌] 都井裕,李帝明: "溶融亜鉛めっき時における送電鉄塔部材の熱弾塑性損傷解析"日本機械学会論文集(A). 第65巻、第632号. 723-730 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 都井裕,李帝明: "溶融亜鉛めっき時の構造部材の三次元損傷解析"日本機械学会論文集(A). 第66巻、第643号. 618-625 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 李帝明,都井裕: "熱衝撃・熱サイクルを受ける傾斜機能ディスクの弾塑性損傷解析"日本機械学会論文集(A). 第67巻、第655号(印刷中). (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 都井裕,山崎伸也: "連続体損傷力学モデルによる予損傷鋼材の数値材料試験"日本機械学会論文集(A). 第67巻、第655号(印刷中). (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yutaka Toi and Jae-Myung Lee: "Thermal Elasto-Plastic Damage Analysis of Pylon Members in Hot-Dip Galvanization"Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. Vol.65, No.632. 723-730 (1999)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yutaka Toi and Jae-Myung Lee: "Three-Dimensional Damage Analysis of Structural Members Under Hot-Dip Galvanization"Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. Vol.66, No.643. 618-625 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Jae-Myung Lee and Yutaka Toi: "Elasto-Plastic Damage Analysis of Functionally Graded Material Disks Subjected to Thermal Shock and Thermal Cycle"Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. Vol.67, No.655(in press). (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yutaka Toi and Shinya Yamazaki: "Computational Material Testing of Pre-Damaged Steels by the Continuum Damage Mechanics Model"Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. Vol.67, No.655(in press). (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 都井裕,李帝明: "溶融亜鉛めっき時の構造部材の三次元損傷解析"日本機械学会論文集(A). 66巻643号. 618-625 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 都井裕,山崎伸也: "損傷力学モデルによるアルミニウム合金の低サイクルおよび高サイクル疲労シミュレーション"生産研究. 第52巻、第8号. 352-355 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Yutaka Toi,Jae-Myung Lee: "Finite Element Damage Analysis of Structural Members in Hot-Dip Galvanization"Proceedings of the International Conference on Computational Engineering & Sciences. Vol.1. 1020-25 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 李帝明,都井裕: "熱荷重を受ける傾斜機能材料の損傷挙動の有限要素解析"第49回理論応用力学講演会講演論文集. 79-80 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 李帝明,都井裕: "傾斜機能材料の熱損傷過程の有限要素解析"計算工学講演会論文集. Vol.5. 737-740 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 都井裕: "材料損傷を考慮した構造物の非線形有限要素解析"機械の研究. 第52巻、第11号. 1-8 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 都井 裕、李 帝明: "溶融亜鉛めっき時における送電鉄塔部材の熱弾塑性損傷解析"日本機械学会論文集(A編). 65巻632号. 723-730 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Yutaka Toi and Jae-Myung Lee: "Thermal Elasto-Viscoplastic Damage Analysis of Pylon Members in Hot-Dip Galvanization"Transactions of SMiRT-15. Vol.II. 245-252 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 李 帝明、都井 裕: "鋼材の高温損傷挙動の3次元有限要素解析"日本機械学会1999年度年次大会講演論文集(No.99-1). III. 31-32 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 李 帝明、都井 裕: "溶融亜鉛めっき中の送電鉄塔用山形鋼の熱弾塑性損傷解析"計算工学講演論文集. 4巻・2号. 769-772 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 都井 裕、李 帝明: "溶融亜鉛めっき時の構造部材の三次元損傷解析"日本機械学会論文集(A編). 66巻643号(印刷中). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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