イメージベースト重合メッシュ法による不均質体のノンローカル応力解析とその検証

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350058
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 高野 直樹 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10206782)
• 研究分担者: 倉敷 哲生 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30294028) ; 座古 勝 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40170831)
• キーワード: イメージベース手法 / 重合メッシュ法 / マルチスケール法 / 有限要素法 / モルフォロジー / 立体視 / 多孔質セラミックス / 繊維強化プラスチック

研究概要

X線CTにより取得した不均質体のミクロ構造モデルを用いて重合メッシュ法によりマルチスケール解析を行おうとするイメージベースト重合メッシュ法の開発にあたり、大規模な3次元解析を通常のコンピュータを用いて行い、ロバスト性と解析精度を両立することができる手法として、RCM法によるリナンバリングと直接法であるブロックスカイライン法をソルバーとするプログラムを開発した.
このプログラムを用い、多孔質フィルタ膜と基板界面にマクロき裂を想定した3次元問題において、き裂先端近傍の高い応力勾配下におけるノンローカルなミクロ応力解析を行い、解析結果の妥当性を検討した.解析規模は、総要素数が約8万ソリッド要素であった.従来のマクロ解析と比較し、気孔率だけでは予測不可能なミクロ応力が発生し、その原因はき裂先端の高い応力勾配と孔のランダム分散の影響であることがわかった.均質化法では、非周期的なミクロ応力分布を考慮することができず、重合メッシュ法がこのようなノンローカル応力問題に有効であることがわかった.
さらに、球状多孔質アルミナの実材の高分解能X線CT断層写真を用いたイメージベースト重合メッシュ法の解析について、特にミクロモデリングの検討を行った.ランダムな球状気孔の分散状態を考慮し、均質化のためのユニットセルモデリングと、応力評価用のミクロモデリングを別個に行うことの有効性を確認した.次に、マクロ部材中のミクロモデルの設定について、不均質なモルフォロジーの分析をもとに行うことの重要性を見いだし、モルフォロジー分析と統合したシステム設計を行った.また、精度の観点から、重合メッシュ法における多孔質体のミクロモデリングのノウハウ、積分方法について検討を開始した.
解析結果のミクロ応力の可視化手法として、内部状態を把握するためのグラフ表示機能を検討するとともに、立体視を行うためのシステム開発に着手した.

研究成果

• [文献書誌] 高野直樹, 座古勝, 奥野義紘: "界面き裂を有する不均質接合体のマルチスケール有限要素解析"材料. 52・8. 952-957 (2003)
• [文献書誌] 高野直樹: "Multi-scale modeling and analysis of heterogeneity in ceramics"Proc. International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2003 (ATEM' 03). (CD-ROM). (2003)
• [文献書誌] 高野直樹, 座古勝, 辻村幸治: "多孔体モルフォロジーのデジタルイメージベース・アナリシス"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. Vol.VII No.03-1. 159-160 (2003)
• [文献書誌] 高野直樹, 座古勝, 奥野義紘: "重合メッシュ法による三次元大規模マルチスケール応力解析手法に関する研究"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. Vol.VII No.03-1. 163-164 (2003)
• [文献書誌] 奥野義紘, 高野直樹, 座古勝: "マルチスケール法による不均質在中のき裂先端のミクロ応力解析"日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集. No.03-26. 603-604 (2003)
• [文献書誌] 高野直樹, 座古勝, 藤津麗子, 西藪和明: "Computer-aided thermoforming of FRTP with digital image-based measurement of large strain distribution"Proc. International Conference on Composite Materials 14. (CD-ROM). (2003)