研究課題/領域番号 |
20K14812
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研究種目 |
若手研究
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
小区分22020:構造工学および地震工学関連
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研究機関 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 |
研究代表者 |
廣部 紗也子 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), 研究員 (50837565)
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研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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キーワード | 動的破壊解析 / 残留応力 / 弾塑性解析 / 計算力学 / 破壊解析 / 数値計算 |
研究開始時の研究の概要 |
構造物のカタストロフィックな破壊の全過程の詳細な予測のため、「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「残留応力を伴う自己つりあい場での動的破壊進展」を同時に扱える動的弾塑性破壊進展解析手法の開発を行う。ダメージの蓄積によって突然発生する構造物のカタストロフィックな破壊は、予測不可能な現象である。本研究では、残留応力の解放と再分配を厳密に評価できる理論的枠組みの完成と、実大構造物のカタストロフィックな破壊過程を再現・予測できる数値解析コードの実装により、残留応力場が構造物のカタストロフィックな破壊過程に与える影響について検討を行い、実大構造物の崩壊挙動に関する新たな工学的知見の獲得を図る。
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研究実績の概要 |
本研究は、構造物のカタストロフィックな破壊の全過程の詳細な予測のため、固体連続体の動的破壊進展過程における残留応力の解放と再分配を厳密に評価できる理論の確立、および「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「残留応力を伴う自己つりあい場での動的破壊進展」を同時に扱える動的弾塑性破壊進展解析手法の開発を行う。また、これらの理論と数値解析手法を用いて、本研究が提案する「残留応力を伴う自己つりあい場の僅かな乱れを引き金とする材料の動的破壊」が、ダメージが蓄積した構造物のカタストロフィックな破壊過程の支配的な要因であるという仮説の正否を検証し、新たな工学的知見を得る。 今年度は解析コードのMPI化とスーパーコンピューターへの実装、「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「動的破壊進展に伴う残留応力場の解放と再分配」を同時に扱う動的弾塑性破壊進展解析の理論的枠組みの構築と実装を行なった。 解析コードのMPI化は前年度完成させていたものをブラッシュアップし、スーパーコンピューターへの実装も行なった。これにより、扱える計算規模が大幅に上昇した。 また、「材料の塑性化に伴う応力変化と等価な節点力」および「不均一な塑性変形分布に対応する等価介在力」の定式化を行い、正準方程式に取り入れることで亀裂進展を伴う弾塑性体挙動のモデル化を実現した。このモデルに基づき、粒子離散化有限要素法(PDS-FEM: Particle Discretization Scheme Finite Element Method)に弾塑性構成則を組み込んだ実装を行うことで、動的弾塑性破壊進展解析を実現した。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「動的破壊進展に伴う残留応力場の解放と再分配」を同時に扱う動的弾塑性破壊進展解析の理論的枠組みの構築に、想定以上の時間を要したため、実装した解析コードの妥当性検証を十分に行えていないため。 また、面内応力分布を付与した熱強化ガラスの破壊実験を対象とした数値解析を行う予定であったが、計算規模の大幅な拡大により、スーパーコンピューター上での前処理を新たに実装し直す必要が生じたため。
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今後の研究の推進方策 |
動的弾塑性破壊進展解析コードの実装は終えているため、このコードを使用して様々なケースの解析を行い妥当性の検証を引き続き進めていく。 また、面内応力分布を付与した熱強化ガラスの破壊実験を対象とした数値解析に必要な前処理部分の実装もほぼ終えているため、本解析を実施する。
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