| 研究課題/領域番号 |
23K26174
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01480 (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22010:土木材料、施工および建設マネジメント関連
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
田村 洋 横浜国立大学, 大学院都市イノベーション研究院, 准教授 (10636434)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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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 |
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2026年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2025年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2024年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | 構造用鋼材 / 繰返し弾塑性構成則 / 大振幅ひずみ / データ同化 / 繰返し弾塑性特性 / 大振幅ひずみ履歴 / デジタル画像相関法 / サーモグラフィー法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
局部座屈による耐力劣化や極低サイクル疲労などの鋼部材の複雑な地震時終局挙動を解析的に追跡するためには，大ひずみ振幅に対応した高度な繰返し弾塑性構成モデルを用いる必要がある．本研究では，データ同化手法を応用することで，これまで困難であった10%以上の大ひずみ振幅における構造用鋼材の繰返し弾塑性挙動を評価でき，上記のような解析で使用する繰返し弾塑性構成モデルの材料パラメータを取得できる大変形繰返し弾塑性試験法を開発することを目的とする．
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| 研究実績の概要 |
局部座屈による耐力劣化や極低サイクル疲労などの鋼部材の複雑な地震時終局挙動を解析的に追跡するためには，大ひずみ振幅に対応した高度な繰返し弾塑性構成モデルを用いる必要がある．本研究では，データ同化手法を応用することで，これまで困難であった10%以上の大ひずみ振幅における構造用鋼材の繰返し弾塑性挙動を評価でき，上記のような解析で使用する繰返し弾塑性構成モデルの材料パラメータを取得できる大変形繰返し弾塑性試験法を開発することを目的としている．その達成のために次の3つのテーマを設定している．
テーマ1：10%ひずみ振幅における繰返し弾塑性試験法の開発
テーマ2：大変形繰返し弾塑性試験法の適用範囲の拡大
テーマ3：実用化に向けた大変形繰返し弾塑性試験法の省力化
令和5年度はテーマ1に取り組み，有限要素解析を援用した供試体の設計・製作，製作した供試体の繰返し載荷，載荷中のデジタル画像相関法やサーモグラフィー法による観察を行い，10%レベルのひずみ振幅を発生させる繰返し載荷に成功し，デジタル画像相関法によるひずみ計測やサーモグラフィー法による塑性化位置・時刻の検知を一定の精度で達成することができた．令和6年度は，この成果に基づき，10%を超えるひずみレベルの繰返し載荷や正負交番（両振り）以外の繰返しひずみ履歴パターンの繰返し載荷に取り組み，令和5年度に開発した手法の適用範囲の把握，拡大を行っていく予定である．
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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
令和5年度は，テーマ1「10%ひずみ振幅における繰返し弾塑性試験法の開発」に取り組んだ．テーマ1を成し遂げるうえで重要な点は，供試体を座屈させず大ひずみ振幅の繰返し載荷を実現することと，大変形の下で塗膜（デジタル画像相関法のためのランダムパターンあり．サーモグラフィー法のための放射率調整も兼ねる）の損傷を回避し，デジタル画像相関法やサーモグラフィー法に供することのできる画像の取得を実現することである．そのために，(1)有限要素解析を援用した供試体の設計・製作，(2)製作した供試体の繰返し載荷，(3)載荷中のデジタル画像相関法やサーモグラフィー法による観察を行った．
(1)では，供試鋼に関して従来の研究で同定した材料パラメータを準用して繰返し弾塑性構成則に基づく繰返し弾塑性有限要素解析を初期不整を考慮して多数実施し，試行錯誤的に繰返し載荷中に座屈変形を起こしづらいと考えられる供試体として円環切欠き付き特殊丸棒供試体を開発し，実際に製作した．
(2)では，高水準で精度管理された疲労試験機を用いて(1)で開発した供試体の繰返し載荷を行い，大振幅ひずみ履歴の下でも座屈と塗膜の損傷の双方を回避し繰返し載荷を完了できるこを実証した．
（3）では載荷中に収録した供試体表面の映像から，デジタル画像相関法によるひずみ分布変化の評価と，サーモグラフィー法による塑性化位置・時刻の特定を試み，テーマ1として求められる精度水準で双方を達成することができた．
以上のように，テーマ1「10%ひずみ振幅における繰返し弾塑性試験法の開発」を達成することができたため，「おおむね順調に進展している」と自己評価する．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和6年度は，テーマ2「大変形繰返し弾塑性試験法の適用範囲の拡大」に取り組む．具体的には，令和5年度に開発した供試体を新たに製作し，より大きなひずみ振幅の繰返し載荷への適用性や正負交番ひずみ以外の載荷パターンへの適用性（すなわち，座屈や塗膜の損傷を回避してひずみ分布変化の計測や塑性化の位置・時間の把握がこれらの条件でもできるか）を評価する予定である．もし進展が当初計画以上となれば，テーマ3「実用化に向けた大変形繰返し弾塑性試験法の省力化」に関してデータ同化のアルゴリズムに関しても検討を始めたい．
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