| 研究課題/領域番号 |
23K25992
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01297 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
山中 晃徳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50542198)
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| 研究分担者 |
桑原 利彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 卓越教授 (60195609)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)
2025年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2024年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2023年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
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| キーワード | フェーズフィールド法 / 破壊力学 / データ同化 / き裂進展 / デジタル画像相関法 / 亀裂進展 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では, 研究提案者の実験技術と計算技術(データ同化と融合したフェーズフィールド法)を発展させ, 金属材料で生じる延性破壊および疲労破壊におけるき裂進展を, 高精度予測するためのデータ駆動型シミュレーション技術を開発する. この技術により, 「計測技術を用いれば目で見える情報から, 目では見えない材料内部でのき裂や損傷の発生・進展・最終破壊に至る過程を正確に予測できるようになるのか?」という学術的問いに迫る. さらに, 計測データから破壊現象のフェーズフィールドモデルのパラメータと材料構成則のパラメータを同時逆推定して, 破壊現象の高精度予測を実現する革新的技術を創出する.
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| 研究実績の概要 |
本年度は、金属材料の延性破壊時のモードI亀裂進展を対象として、データ同化フェーズフィールド破壊シミュレーション技術を確立することを目的とした。技術のProof-of-Conceptのために、切り欠きをつけた5000系アルミニウム合金の単軸引張試験片を作成し、万能試験機を用いて延性破壊試験を行った。同時に、画像解析による非接触ひずみ計測技術（DIC法）を用いて、変位場・ひずみ場・亀裂軌跡を計測し、その結果をフェーズフィールド破壊シミュレーションにデータ同化することに成功した。その結果、フェーズフィールド破壊モデルに含まれる複数のパラメータを逆推定でき、亀裂進展の予測精度が向上することを実証した。データ同化には、研究代表者ら独自のデータ同化アルゴリズム（Ishii, Yamanaka et al., STAM-Methods, 2023）を使用し、市販の有限要素解析ソフトウェアと連携した計算が可能である。この研究成果は、2023年10月に開催された国際会議(The Advanced Technology in Experimental Mechanics and International DIC Society Joint Conference 2023 (ATEM-iDICs'23))において口頭発表し、現在論文投稿準備中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画通り、金属材料の延性破壊時のモードI亀裂進展を対象として、データ同化フェーズフィールド破壊シミュレーション技術を確立することができた。また、その成果を国際会議において発表できるレベルに達した。ただし、学術論文の投稿に至っていないため、当初の計画以上の進展という自己評価には至らない。また、Compact-Tension（CT）試験片を用いた試験の実施や破面観察等も未達である。これらは、次年度の持ち越し研究項目となる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度内に、次年度の研究遂行に必要な疲労試験機を導入し、Compact-Tension（CT）試験片を用いた疲労試験の準備を整えた。次年度も当初計画通り、初年度に確立した計測・計算技術を疲労破壊での亀裂進展予測に応用し、開発技術の適用性を拡大する。また、現有設備を用いた破面観察と内部損傷状態観察、ビッカース試験を行い、初年度に未達の研究項目の達成も目指す。疲労破壊試験においては、最適なDIC計測条件（撮影周期など）といった本研究グループだけがたどり着ける研究課題が待ち受けており、これらを研究チーム内の協働により解決していく。次年度には、初年度の研究成果も含めて、複数の国内学会、国際会議での発表を予定している。
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