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2019 年度 実績報告書

マルチスケール確率応力解析を用いた不均質材料の新たな強度推定法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 16K05995
研究機関近畿大学

研究代表者

坂田 誠一郎  近畿大学, 理工学部, 教授 (80325042)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
キーワード複合材料 / マルチスケール確率応力解析 / 多孔質材料 / 材料強度 / 不確定性伝播 / 信頼性設計 / 確率均質化解析 / 微視的ひずみ場計測
研究実績の概要

本研究課題の目的は、複合材料や三次元造形材料などを想定し、これまで主に実験により評価されてきた不均質材料の見かけの強度特性に対し、確率均質化/マルチスケール確率応力解析法を用いた、不均質材料のミクロなばらつきまでを考慮した計算力学的アプローチによる見かけの材料強度推定法の確立である。
これに対し、研究計画は(1)三次元造形材料について複数の幾何学的パラメータを確率変数とする場合への解析手法の拡張、(2)試験片観察による幾何学的パラメータの確率変動の定量化およびそれを用いたモンテカルロシミュレーション、(3) 当初計画で導入した機器による材料の内部構造の微視的観察及び引張り試験における微視構造のその場観察の試行(以上平成28年度実施計画)、(4)三次元造形材料の見かけの強度及び確率特性の実験による定量化、(5)不均一な微視構造の幾何学的確率特性を有する材料に対するマルチスケール応力解析法の開発および多数の微視構造の変動を考慮可能な手法への拡張(以上平成29、30年度実施計画)、(6)対象を複数の素材からなる複合材料に拡張し、解析手法の有効性の検証、および(7)実験における微視的な観察を実施する(以上平成31、32年度実施計画)ものであった。これに対し、(1)(2)については平成31年度(令和元年度)までに順調に進捗し、ASMEのジャーナル及び著名な国際会議等で報告を行っている。また、(5)(6)についても順調に進捗し、ASMEのジャーナル等著名学術誌、著名な国際会議等で成果を報告している。一方、(3)および(7)については、微視構造観察および強度試験を実施し、微視的幾何学パラメータや材料強度の統計特性調査も実施するなど当初計画に対して順調に進んだ一方、一部新たな課題が明らかとなった。なお、(3) (7)についても、進捗内容は著名な国際会議等で成果を報告し現在論文投稿中である。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 9件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] On accuracy improvement of microscopic stress/stress sensitivity analysis with the mesh superposition method for heterogeneous materials considering geometrical variation of inclusions2020

    • 著者名/発表者名
      S. Sakata, Y. Chan and Y. Arai
    • 雑誌名

      International Journal for Numerical Methods in Engineering

      巻: 121 ページ: 534-559

    • DOI

      10.1002/nme.6233

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A local sensitivity based multiscale stochastic stress analysis of a unidirectional fiber reinforced composite material considering random location variation of multi fibers2019

    • 著者名/発表者名
      S. Sakata and T. Sakamoto
    • 雑誌名

      ASCE-ASME Journal of Risk and Uncertainty in Engineering Systems part B: Mechanical Engineering

      巻: 5 ページ: 030902_1-12

    • DOI

      10.1115/1.4043400

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stochastic Elastic Property Evaluation with Stochastic Homogenization Analysis of a Resin Structure Made Using the Fused Deposition Modeling Method2019

    • 著者名/発表者名
      S. Sakata and Y. Yamauchi
    • 雑誌名

      ASCE-ASME Journal of Risk and Uncertainty in Engineering Systems part B: Mechanical Engineering

      巻: 5 ページ: 030901_1-12

    • DOI

      10.1115/1.4043398.

    • 査読あり
  • [学会発表] Structural Design of a Resin Structure fabricated by FDM method considering Microscopic Uncertainty2021

    • 著者名/発表者名
      S. Sakata and T. Watanabe
    • 学会等名
      PMC /EMI2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Multiscale Stochastic Stress Analysis of Particle Reinforce Composites considering Random Location Variation of Particle with an Improved Mesh Superposition Method2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Arai and S. Sakata
    • 学会等名
      PMC /EMI2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Stochastic Analysis of a Specimen Fabricated by the FDM Method Considering Non-Uniform Random Variation in Microstructure2019

    • 著者名/発表者名
      Yuga Iwata and Sei-ichiro Sakata
    • 学会等名
      APCOM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Stochastic Stress Analysis of FRP considering Random Location Variation of Fibers with an Improved Mesh Superposition Method2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Arai and Sei-ichiroSakata
    • 学会等名
      APCOM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] On Estimation of Microscopic Maximum Stress in Unidirectional Fiber Reinforced Plastic by Machine Learning2019

    • 著者名/発表者名
      Natsunosuke Kishimoto and Sei-ichiro Sakata
    • 学会等名
      APCOM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] A Sizing Optimization of Heterogeneous Material-based Structures Considering Microscopic Random Variation2019

    • 著者名/発表者名
      Taichi Watanabe and Sei-ichiro Sakata
    • 学会等名
      APCOM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Topology Optimization of a Resin Structure fabricated by FDM method2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Yamaguchi and Sei-ichiro Sakata
    • 学会等名
      APCOM2019
    • 国際学会
  • [学会発表] ON PARAMETER ESTIMATION FOR PROBABILISTIC DISTRIBUTION OF THE MAXIMUM MICROSCOPIC STRESSES IN UNIDIRECTIONAL FIBER REINFORCED COMPOSITES AGAINST A RANDOM FIBER LOCATION VARIATION WITH THE SUCCESSIVE LOCAL SENSITIVITY ANALYSIS-BASED APPROACH2019

    • 著者名/発表者名
      Sei-ichiro Sakata and Takuro Sakamoto
    • 学会等名
      UNCECOMP2019
    • 国際学会
  • [学会発表] MULTISCALE STOCHASTIC STRESS ANALYSIS OF PARTICLE REINFORCE COMPOSITES WITH A SUCCESSIVE LOCAL SENSITIVITY ANALYSIS CONSIDERING RANDOMNESS IN MULTI-PARTICLES LOCATION2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Arai, Sei-ichiro Sakata
    • 学会等名
      UNCECOMP2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 重合メッシュ法による不均質材料のランダムな介在物位置変動を考慮した確率応力解析2019

    • 著者名/発表者名
      新井 悠希, 坂田 誠一郎
    • 学会等名
      CMD2019
  • [学会発表] 一方向ガラス繊維 / ガラス粒子 / 樹脂 三相複合材料の力学的特性に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      近藤 僚太, 坂田 誠一郎
    • 学会等名
      M&M2019
  • [図書] 炭素繊維およびその繊維複合材料における分析試験,評価解析に関する最新事例集2019

    • 著者名/発表者名
      坂田,他
    • 総ページ数
      623
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-752-7

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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