| 研究概要 |
土木材料のほとんどすべてが内部に微視構造を持っている。マクロな挙動はミクロな挙動の総合的なものとして現れているはずであり,ミクロとマクロを常に考慮しながら,構造解析や材料開発をすべきである。この微視的な部分に,解析的な手法のひとつの森・田中理論を適用した。メリットは,有限要素均質化手法のようなユニットセルを有限要素解析する必要が無いことと,ミクロな構成則を式の形で定義できる点である。デメリットは,微視構造そのものを近似せざるを得ない点である。
まず平面ひずみ解析で要素の特性と平均挙動をどの程度予測できるかについて検討した。その結果,弾性範囲では,当然な結果を精度良く解析できることを示した。次に,ミクロな構成則が式で与えられている点を利用し,ひとつは感度解析(確率有限要素解析)に適用し,粒径や向きによって弾性係数や強度が,マクロの境界値問題でどのように摂動するかについて解析できた。また,もうひとつのアプローチとして,最適化のルーチンに組み込むことによって,微視構造の最適化をし,材料開発で使えるツールになり得るかどうかについて検討し,その可能性が高いことを示すことができた。最適化においては,要素の3次元化もできた。
最後に,弾塑性体を対象として,強度の予測がどの程度できるかを検討した。典型的な部材の応力集中域で,降伏がどのように発達するかを精度良く解析できることを示すこと示できた。また応用として,岩盤の中にトンネルを掘削することを念頭に置き,向きを持った節理を持つまわりの岩盤がどのように緩むかを解析し,他研究者によるマイクロメカニクス的別手法による結果と非常に良く整合する結果を得ることができた。以上のことから,部材設計はもちろん,材料設計において,複合材料の内部微視構造を設計する簡易ツールを開発できたと考えている。
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