平滑化有限要素法による複雑形状を持つ微圧縮性材料に対する大変形解析技術の確立

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17978
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 大西 有希 東京工業大学, 工学院, 助教 (20543747)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 平滑化有限要素法 / 微圧縮性材料 / 大変形解析 / 四面体要素 / ロッキング / 圧力振動

研究成果の概要

ゴム・生体・成形樹脂などの微圧縮性材料は多くの場合大きな変形を伴う環境で使用される．材料の変形のコンピュータシミュレーションには有限要素法(FEM)と呼ばれる手法が一般に用いられるが，微圧縮大変形は解析が難しく，特に複雑形状を持つ物体の解析で精度と安定性を確保することは困難であることが知られている．
本研究では平滑化有限要素法(S-FEM)と呼ばれる新しい定式化手法を用いることにより，複雑形状の微圧縮大変形を高精度かつ安定に解く手法の開発に取り組んだ．期間中に完全解決させることは出来なかったが，従来手法と同じ計算時間で安定性に優れるS-FEM定式化を見つけることに成功した．

自由記述の分野

計算工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

有限要素法(FEM)の定式化は数学的に整合性のとれた物が必ずしも良い解を与える訳ではなく，偶然生まれた不整合な要素が何故か良い解を与えるという事例が数多くある不思議な研究分野である．本研究で得られた知見は一見偶然良い解を与えるS-FEM定式化が何故良いのかというメカニズム解明の一助となる学術的意義を持つ．また，本研究が対象とした微圧縮性材料はタイヤ・生体・成形樹脂などの幅広い応用があり，産業界からの技術確立のニーズが高い事案である．研究家成果が実用化されれば充分な社会的意義が見込まれる．