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2019 年度 実績報告書

確率的マルチフィジックス・マルチスケールモデリング法の提案と各種応用・妥当性確認

研究課題

研究課題/領域番号 16H04239
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

高野 直樹  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10206782)

研究分担者 大谷 章夫  京都工芸繊維大学, 繊維学系, 准教授 (80569533)
松田 哲也  筑波大学, システム情報系, 准教授 (90345926)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードマルチフィジックスモデル / マルチスケールモデル / 複合材料 / 3D積層造形 / 確率的シミュレーション / 不確かさ / 熱処理シミュレーション / 相変態
研究実績の概要

物理的パラメータに含まれる不確かさを理論的に組み込み、高次項を含むNeumann展開による研究結果をふまえ、入力データの変動係数が3%以内の場合、一次展開近似の精度を確認し、誤差は裾野分布にしか現れないことを見出した。幾何的パラメータに含まれる不確かさも考慮し、ミクロ損傷進展挙動の膨大なシナリオからサブサンプリングを行う確率的解析手法を確立した。
(1) 短繊維強化複合材料のミクロ構造中の損傷進展を考慮した非線形解析: 各ランダム因子の影響度を分析する不確かさの伝播の定量的評価法を提案した。あわせて繊維配向、繊維長、繊維配置の確率分布あるいはランダム性を考慮したミクロ構造モデル生成ツールを開発した。
(2) 3D積層造形品に含まれる不確かさの解明と定量的評価: 積層プロセスのマルチフィジックスシミュレーションにおいて、アルミ合金造形品のサポート構造をパラメータとして、解析結果と実験結果の相関性の検討を行った。チタン合金のサポート構造内の多孔質アーキテクチャについてはマイクロCTイメージベース解析を実施し、残留金属粉末の影響を詳細に調査した。また、チタン合金の弾塑性材料モデルによる歯科補綴物の解析では、品質保証のためのバーチャル試験として境界条件に含まれる不確かさも考慮した解析手法を考案した。ナイロン12の積層角度による円孔のゆがみの確率的モデリングと弾塑性解析にも成功した。いずれの材料でも検証実験を行った。
(3) 鋼材焼入れプロセスシミュレーション: 相変態-熱伝導マルチフィジックス解析によりJIS SCr420鋼のSi, Mn, Ni, Crの質量分率のばらつきの影響の定量的な計算に成功した。
(4) 情報発信: 日本計算工学会第24回計算工学講演会におけるオーガナイズドセッション、不確かさのモデリング・シミュレーション法に関する研究会の活動として産業界向けセミナーを開催した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Stochastic Nonlinear Multiscale Computational Scheme for Short Fiber Reinforced Composites to Study the Influence of Microstructural Variability on Damage Propagation2020

    • 著者名/発表者名
      Tien-Dat Hoang, Yutaro Abe, Shinya Nakamura, Akio Miyoshi, Naoki Takano
    • 雑誌名

      SN Applied Sciences

      巻: 2 ページ: Paper No. 182

    • DOI

      10.1007/s42452-020-1961-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3Dプリンティング技術により積層造形されたアルミ合金ラティス構造の圧縮特性に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      高野直樹, 瀧澤英男, 伊藤幸太, 小高研人, 松永智, 阿部伸一
    • 雑誌名

      材料

      巻: 68 ページ: 351-357

    • DOI

      10.2472/jsms.68.351

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tensile-Fatigue Behavior of Sintered Copper Die-Attach Material2019

    • 著者名/発表者名
      T. Suzuki, Y. Yasuda, T. Terasaki, M. Morita, Y. Kawana, D. Ishikawa, M. Nishimura, H. Nakako, K. Kurafuchi, T. Matsuda
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Device and Materials Reliability

      巻: 19 ページ: 461-467

    • DOI

      10.1109/TDMR.2019.2916784

    • 査読あり
  • [学会発表] 3D積層造形のサポート構造内アーキテクチャの影響に関する数値解析2019

    • 著者名/発表者名
      高野直樹, 村田知優, 松永智
    • 学会等名
      日本材料学会第68期学術講演会
  • [学会発表] 短繊維強化複合材料の確率的マルチスケール解析システムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      阿部裕太郎, Hoang Tien Dat, 高野直樹, 中村伸也, 三好昭生
    • 学会等名
      日本材料学会第68期学術講演会
  • [学会発表] 繊維束の局所的繊維含有率変化を考慮した大変形FEM解析に関する基礎研究2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤章平, 高野直樹
    • 学会等名
      日本材料学会第68期学術講演会
  • [学会発表] 金属積層造形におけるサポート構造内アーキテクチャの非弾性均質化材料モデルの開発2019

    • 著者名/発表者名
      井上千晴, 松田哲也, 高野直樹, 瀧澤英男
    • 学会等名
      日本計算工学会第24回計算工学講演会
  • [学会発表] テキスタイル複合材料の繊維体積含有率のばらつき発生に関する大変形FEM解析2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤章平, 高野直樹, 大谷章夫, 仲井朝美
    • 学会等名
      日本計算工学会第24回計算工学講演会
  • [学会発表] 確率的マルチスケール法による短繊維強化複合材料のミクロひずみ解析2019

    • 著者名/発表者名
      阿部裕太郎, Hoang Tien Dat, 高野直樹, 中村伸也, 三好昭生
    • 学会等名
      日本計算工学会第24回計算工学講演会
  • [学会発表] 機械接合部を有するCFRP積層板の引張強度の確率的シミュレーション:サンプリング点に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      高野直樹, 西村峻
    • 学会等名
      日本計算工学会第24回計算工学講演会
  • [学会発表] 内部構造に不確かさを有する平織GFRP積層板の均質化解析2019

    • 著者名/発表者名
      銭場望美, 松田哲也, 久保凱, 長岡央磨
    • 学会等名
      日本計算工学会第24回計算工学講演会
  • [学会発表] 複合材料のマルチスケール非弾性シミュレーション2019

    • 著者名/発表者名
      松田哲也
    • 学会等名
      高分子学会第24回高分子計算機科学研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 織物複合材料の損傷・粘塑性マルチスケール解析手法の開発とその実証2019

    • 著者名/発表者名
      久保凱, 松田哲也
    • 学会等名
      日本機械学会材料力学部門若手シンポジウム2019
  • [学会発表] Development of Multiscale Damage Propagation Analysis Method for Woven Laminates Using a Homogenization Theory2019

    • 著者名/発表者名
      G. Kubo, T. Matsuda
    • 学会等名
      22nd International Conference on Composites Material
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of Micro/Meso/Macro Temperature Dependent Elastoviscoplastic Properties of Woven Composites2019

    • 著者名/発表者名
      J. Tetsuka, H. Nagaoka, T. Matsuda
    • 学会等名
      22nd International Conference on Composites Material
    • 国際学会
  • [学会発表] 平織複合材料の弾-粘塑性挙動に及ぼす内部構造の不確かさの影響2019

    • 著者名/発表者名
      銭場望美, 松田哲也, 久保凱, 長岡央磨
    • 学会等名
      日本機械学会第27回茨城講演会
  • [学会発表] Multiscale Structural Analysis for Interlaminar Tensile Tests of CFRP2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kurita, T. Matsuda, M. Hojo
    • 学会等名
      16th Japan International SAMPE Symposium & Exhibition
    • 国際学会
  • [学会発表] 平織複合材料の非弾性特性に及ぼす内部構造の不確かさの影響2019

    • 著者名/発表者名
      銭場望美, 松田哲也, 久保凱
    • 学会等名
      日本複合材料学会第44回複合材料シンポジウム
  • [学会発表] 3D積層造形による歯科補綴物の設計・造形・評価2019

    • 著者名/発表者名
      高野直樹, 松永智
    • 学会等名
      日本機械学会2019年度年次大会
  • [学会発表] 内部構造の不確かさが平織複合材料の力学的特性に及ぼす影響の評価2019

    • 著者名/発表者名
      銭場望美, 松田哲也, 久保凱
    • 学会等名
      日本計算工学会夏季学生講演会2019
  • [学会発表] 鋼材成分のばらつきを考慮した焼入れプロセスシミュレーションにおける感度解析2019

    • 著者名/発表者名
      古川達也, 高野直樹, 杉本剛, 木島秀弥, 田村茂之
    • 学会等名
      日本機械学会第32回計算力学講演会
  • [学会発表] 短繊維強化複合材料の確率的マルチスケール解析のためのモデリングツール2019

    • 著者名/発表者名
      中村伸也, 三好昭生, 高野直樹
    • 学会等名
      日本機械学会第32回計算力学講演会
  • [学会発表] 3D積層造形品のFEMモデルの妥当性確認における不確かさの効率的計算法2019

    • 著者名/発表者名
      阿部裕太郎, 野瀬達人, 伊藤幸太, 高野直樹
    • 学会等名
      日本材料学会関東支部2019学生研究交流会
  • [学会発表] 3D積層造形品の物理的パラメータのばらつきを考慮した有限要素解析と疲労寿命予測2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤章平, 野瀬達人, 伊藤幸太, 高野直樹
    • 学会等名
      日本材料学会関東支部2019学生研究交流会
  • [学会発表] 3D積層造形によるチタン合金製歯科補綴物の力学的特性に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      野瀬達人, 高野直樹, 瀧澤英男, 松永智
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2019材料力学カンファレンス
  • [学会発表] 確率的非線形マルチスケール解析法の開発と短繊維強化複合材料への応用2019

    • 著者名/発表者名
      高野直樹
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2019材料力学カンファレンス
  • [備考] 高野研究室へようこそ(JSPS KAKENHI Project)

    • URL

      http://www.takano-lab.jp/

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公開日: 2021-01-27  

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