動的破壊伝播経路の応用形数値予測法の基礎研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450051
• 研究機関: 神戸商船大学
• 研究代表者: 西岡 俊久 神戸商船大学, 商船学部, 教授 (60018067)
• 研究分担者: 藤本 岳洋 神戸商船大学, 商船学部, 講師 (60314514)
• キーワード: 動的破壊 / 衝撃破壊 / 動的破壊経路予測 / 動的き裂伝播および停止予測 / 動的J積分 / 動的J積分スイッチ法 / 移動有限要素法 / デローニー自動要素分割

研究概要

(I)衝撃破壊実験および高速曲進破壊実験等による基礎データ取得:
はじめに、本研究費で購入した樹脂撹拌・脱泡装置を用いて、エポキシ樹脂など高分子材料によりモデル試験片を製作した。また、本研究費で購入したマッハツェンダー干渉計により、コースティックス法などに必要な材料の光定数を測定した。このようにして、準備した破壊試験片に対して、超高速度カメラを用いて、混合モードの衝撃荷重や静的荷重により発生する脆性高速き裂伝播経路および動的き裂分岐現象の詳細な時間履歴の基礎データを収集した。
(II)混合形・き裂成長予測モードシミュレーション開発および実施:
前に、本研究者らは混合形・破壊経路予測モードシミュレーションに成功している。この成果を報告した論文「"デローニー自動要素分割に基礎をおく移動有限要素法による混合形・破壊経路予測モードシミュレーション"、日本機械学会論文集(A編),65巻631号,(1999),pp.597-604.」に対して、2000年度日本機械学会賞論文賞が授与される。
本研究では、本研究費で購入した並列型高速計算機等を用いて、実験で得られた破壊伝播経路と各種の想定した動的き裂成長条件を用いる、混合形・き裂成長予測モードシミュレーション手法開発を開発を行なった。き裂加速・減速を伴う非定常き裂伝播現象に対して、余剰非定常項応力と応力拡大係数時間変化率との間にほぼ直線関係があることを明らかにした。
(III)高速曲進破壊経路予測応用形シミュレーション開発:
混合形シミュレーションで確立された、動的破壊条件および曲進破壊条件を組み合わせたクライテリオンを用いる応用形シミュレーション手法の開発を行った。次年度において、実験との比較を行なう。
(IV)高速分岐生成形シミュレーション開発および実施:
高速分岐破壊の実験より得られた現象履歴のデータをもとに高速き裂分岐現象を忠実に再現する生成形シミュレーション手法を開発した。これにより、衝撃破壊前後の動的J積分の変化、エネルギー分布の変化などを詳細に調べ、本研究者らがすでに実験的に明らかにした高速き裂分岐現象の支配条件、すなわちプロセスゾーン臨界エネルギー流入束説が妥当であることを検証をした。。
(V)高速分岐混合形・破壊経路予測モードシミュレーション開発および実施:
混合形・破壊経路予測モードシミュレーションにより高速分岐破壊経路を時々刻々と探索する数値シミュレーション手法を開発した。シミュレーションによる分岐破壊経路は実験と極めて良く一致した。

研究成果

• [文献書誌] Nishioka,T.: "Hybrid Numerical Methods in Static and Dynamic Fracture Mechanics"Optics and Laser Engineering, Special Issue on Hybrid Methods in Experimental Mechanics. Vol.32,No.3. 205-255 (2000)
• [文献書誌] Toshihisa NISHIOKA,Kousuke KURIO and Hideaki NAKABAYASHI: "An Intelligent Hybrid Method to Automatically Detect and Eliminate Experimental Measurement Errors for Linear Elastic Dcformation Fields"Experimental Mechanics. Vol.40,No.2. 170-179 (2000)
• [文献書誌] Toshihisa NISHIOKA,Jianliang YAO,Keigo SAKAKURA,and J.S.EPSTEIN: "Measurements of Near-Tip Displacement Fields, Separated J integrals and Separated Energy Release Rates for Interfacial Cracks by Using Phase Shifting Moire Interferometry"JSME International Journal, Special Issue on Experimental Mechanics. Vol.43,No.4. 334-342 (2000)
• [文献書誌] Toshihisa NISHIOKA: "Hybrid Experimental-Numerical Methods for Dynamic Fracture Phenomena"Proceedings of the 9th International Congress on Experimental Mechanics, Orlando, Florida, U.S.A.. July 5-July 8. xxx-xxxiii (2000)
• [文献書誌] T.Nishioka,T.Fujimoto and K.Sakakura: "Experimental Studies on Dynamic Fracture Phenomena"Key Engineering Materials. Vols.183-187. 313-318 (2000)
• [文献書誌] T.Nishioka and T.Fujimoto: "Computational Studies on Dynamic Fracture Phenomena"Key Engineering Materials. Vols.183-187. 445-450 (2000)
• [文献書誌] T.Nishioka,J.L.Yao,T.Fujimoto,K.Sakakura: "A Study on Interfacial Crack Kinking and Separated J Integral"Proceedings of the 9th International Congress on Experimental Mechanics, Orlando, Florida, U.S.A.. 695-698 (2000)
• [文献書誌] T.Nishioka,M.Takagi,T.Fujimoto,K.Sakakura: "An Experimental Study on Mixed-Mode Impact Fracture"Proceedings of the 9th International Congress on Experimental Mechanics, Orlando, Florida, U.S.A.. 298-301 (2000)
• [文献書誌] Toshihisa NISHIOKA,Hidemi MIYAUCHI,Takehiro FUJIMOTO,Keigo SAKAKURA: "Measurement of Energy Release Rates for Dynamic Interfacial Fracture Phenomena"Proceedings of the 9th International Congress on Experimental Mechanics, Orlando, Florida, U.S.A.. 367-370 (2000)
• [文献書誌] T.Nishioka,H.Nishida,J.Furutsuka,and T.Fujimoto: "Numerical Simulation of Dynamic Crack Bifurcation Phenomenon Using Moving Finite Element Method"Advances on Computational Engineering and Sciences, (S.N.Atluri and F.W.Brust, editors). Volume I. 1043-1046 (2000)
• [文献書誌] T.Nishioka,S.Syano,and T.Fujimoto: "A Study on Crack Acceleration and Deceleration Effects in Dynamic Fracture Phenomena"Advances on Computational Engineering and Sciences, (S.N.Atluri and F.W.Brust, editors). Volume I. 942-947 (2000)
• [文献書誌] T.Nishioka and A.Yasin: "Numerical Simulations of Dynamic Interfacial Fracture Phenomena"Advances on Computational Engineering and Sciences, (S.N.Atluri and F.W.Brust, editors). Volume I. 1047-1052 (2000)
• [文献書誌] T.Nishioka and T.Fujimoto: "On the T^* Integral and the Separated T^* Integral"Advances on Computational Engineering and Sciences, (S.N.Atluri and F.W.Brust, editors). Volume II. 1866-1871 (2000)
• [文献書誌] T.Fujimoto,T.Akashi,and T.Nishioka: "Crack-tip Deformation Behavior under Nonlinear and Dynamic Large Deformation of Metallic Materials"Advances on Computational Engineering and Sciences, (S.N.Atluri and F.W.Brust, editors). Volume II. 1860-1865 (2000)
• [文献書誌] T.Nishioka: "Dynamic Fracture Responses of Brittle Solids under Impact Loading"Bi-Natonal Israel-Japan Conference in "Dynamic Response of Brittle Solids", Neve-Ilan, Israel. 1-6 (2001)
• [文献書誌] 西岡俊久: "動的破壊現象に関する実験的、数学的および計算力学的研究の最近の進展"日本機械学会論文集. 67巻、654号. 1-9 (2000)