| 研究概要 |
本研究では、申請者が従来提案した粒状要素法を拡張し、粒状供試体モデルの要素試験を行うための静的および動的シミュレータとしてプログラムのコーディングを行った。粒状要素法は静的或は動的平衡条件式を逐次解析により求める方法であり、陽解法である個別要素法に比べて、誤差が蓄積し難い特性を有するものである。本研究ではさらに、開発したシミュレータを用いて、粒状体の塑性流動則ならびに動的単純せん断特性に関する研究を行った。
静的シュミレータの応用により、粒状供試体における滑りの統計的表現方法の提案と、それを用いた粒状体の塑性流動則理論の誘導を行った。滑りの統計的分布特性は滑り面の外向き単位法線ベクトルの4個のテンソル積の平均化として定義される滑動接触テンソルで表される。一方、粒状供試体に応力増分を与えたときの粒子間散逸エネルギーのは、統計的考察より、散逸応力テンソルと呼ばれる係数によるひずみ増分テンソルの線形結合式として表現される。なお、散逸応力は滑動接触テンソルを自然な形で含んでいる。散逸エネルギー増分は応力テンソルと塑性ひずみ増分テンソルの複内積としても表現されるので、両者を等値して得られる拘束条件の下で、散逸エネルギー増分を最大化させる条件により、塑性ひずみ増分の方向が決定される。この塑性流動則に基づく塑性ひずみ増分の方向は実際にシミュレーションにより求まったものと極めて良い一致を見ている。
つぎに、動的シミュレータの応用により、粒子密度およびせん断速度をパラメトリックに変化させてシミュレーション解析を行った結果,粒子密度によって、粘性流体的挙動および2体衝突流的挙動を示す結果を得た。動的活性度を調べるために、微視的考察からレイノルズ応力を誘導し、密度の低下とともに、レイノルズ応力が飛躍的に増大すること、および、密度が高い場合は境界で観測されるせん断応力に等しくなるという知見を得た。
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