| 研究課題/領域番号 |
16F16754
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉村 忍 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90201053)
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| 研究分担者 |
CHEN SHUNHUA 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2016-11-07 – 2019-03-31
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| キーワード | 数値解析 / 積層ガラス / 衝突破壊シミュレーション / 亀裂進展アルゴリズム / cohesive model / 接触アルゴリズム |
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| 研究実績の概要 |
申請者らは、有限要素法による自動車のフロントガラスの衝突破壊のシミュレーションを行うために、高精度で高効率なcohesive亀裂進展モデルの開発を行ってきた。昨年度までは、関連研究の調査を行なった上で、提案手法の高効率化を重点的に行い、精度を落とすことなく計算コストを削減するアダプティブな cohesive model の提案を行なった。また、開発したcohesive model による自動車の積層ガラスの衝突破壊のシミュレーションを行い、定性的に妥当な亀裂パターンが生成されることを確認した。
平成29年度は、まず、衝突解析の商用コードである LS-DYNA を用いたintrinsic cohesive model による積層ガラスの衝突破壊のシミュレーションを行った。 また、近年では、実装が非常に容易であるため、亀裂が発生した部分の要素を削除する手法である element deletion 法が広く用いられている。しかしながらこの手法は、精度の面で問題があると考えられる。申請者らは、element deletion 法と intrinsic cohesion model との比較を行うための数値実験を行い、精度と効率の両観点から考察した。
次に、亀裂部分の接触による相互作用を解析するために、ロバストで効率的な接触アルゴリズムの開発を行った。亀裂が生成する場合、現在の広く用いられているNode-to-Segment接触パターンは接触力の不連続性が発生する可能性がある。接触力の連続性を担保するために、Element-based Mortar積分法を用いて新たなNode-to-Segment接触手法を開発した。
また、亀裂のシミュレーションを精度よく行うために、cohesive elementのメッシュサイズは小さくなければならない。この問題に対して申請者らは、アダプティブにcohesive strengthを減らすことで、3倍程度大きいメッシュを使用しながらも、同等の精度を得ることに成功した。
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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
平成29年度は、まず、衝突解析の商用コードである LS-DYNA を用いたintrinsic cohesive model による積層ガラスの衝突破壊のシミュレーションを行った。 また、近年では、実装が非常に容易であるため、亀裂が発生した部分の要素を削除する手法である element deletion 法が広く用いられている。しかしながらこの手法は、精度の面で問題があると考えられる。申請者らは、element deletion 法と intrinsic cohesion model との比較を行うための数値実験を行い、精度と効率の両観点から考察した。
次に、亀裂部分の接触による相互作用を解析するために、ロバストで効率的な接触アルゴリズムの開発を行った。亀裂が生成する場合、現在の広く用いられているNode-to-Segment接触パターンは接触力の不連続性が発生する可能性がある。接触力の連続性を担保するために、Element-based Mortar積分法を用いて新たなNode-to-Segment接触手法を開発した。
また、亀裂のシミュレーションを精度よく行うために、cohesive elementのメッシュサイズは小さくなければならない。この問題に対して申請者らは、アダプティブにcohesive strengthを減らすことで、3倍程度大きいメッシュを使用しながらも、同等の精度を得ることに成功した。
以上より、当初予定していた三角柱要素の実装とメッシュ制御アルゴリズムの開発に遅れがみられるものの、精度の面で重要となる亀裂進展アルゴリズムの検討および開発が進み、全体として、研究は順調に進捗しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成３０年度は、まず、スケーラブルな並列計算を可能とする特徴ハイブリッドDiscontinuous Galerkin/cohesive法を実装する予定である。また、このアルゴリズムとFrictional接触のカップリング方法の開発を行い、ベンチマーク数値実験を行って精度および妥当性の検証を行う。
次に、cohesive element を用いたモデルは解析結果がメッシュに依存するため、現在用いている六面体要素に比べて複雑形状の表現がより柔軟に行える三角柱要素の実装を行い、開発するコードへ組み込む予定である。また、メッシュ依存の問題に対して根本的な解決を図るために、節点の移動を含むメッシュ制御アルゴリズムの開発を行い、数値実験を行って精度および妥当性の検証を行う。
また、CUDA FORTRANを用い、開発したアルゴリズムのGPU並列化を予定している。さらに、自動車のフロントガラスの衝突破壊のシミュレーションを行い、開発したソフトウェアの実行効率や並列化効率を評価する。
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| 備考 |
本プロジェクトの外国人特別研究員Shunhua Chenは、中国のMengyan Zangの研究室と衝突解析の商用コードである LS-DYNA を用いたintrinsic cohesive model による自動車のフロント積層ガラスの衝突破壊のシミュレーションを行った。この結果はComposite Structuresという論文雑誌に投稿し、掲載された。
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