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2019 年度 実績報告書

時空間マルチスケール解析理論による温度・変形場のミクロ・マクロ非定常性の連関

研究課題

研究課題/領域番号 19K21062
配分区分基金
研究機関東北大学

研究代表者

松原 成志朗  東北大学, 工学研究科, 助教 (40823638)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2020-03-31
キーワード熱・機械強連成解析 / マルチスケール解析 / サイズ効果 / 超弾性有限変形理論 / 繊維強化熱可塑性樹脂 / 増分型変分法
研究実績の概要

最終年度は,前年度の成果を国内外の学術講演会にて発表し,関連する学術論文の投稿を行うとともに,以下に示す研究項目を遂行した.
(A)時空間マルチスケール解析手法の基礎理論の構築
(B)完全陰的更新アルゴリズムの構築
(C)複合材料の非定常熱伝導問題を通した基礎的検討
まず(A)について,前年度に行った現象観察から,(A-1)マクロ非定常性の大きさは,ミクロ温度場の分布状態に関係し,両者はエントロピー速度を定量指標としてつながる(A-2)ミクロ非定常性を考慮するとき,両スケールの温度場はユニットセルの寸法に依存することがわかった.そこで最終年度では,複合材料が蓄える全エネルギー量の等価性を理論の出発点とし,両スケールの熱・機械連成問題をエネルギー変化率の停留問題として規定することで,これらを考慮した.結果として,熱力学,および変分理論に整合し,陰的更新計算や誤差算出などの点で有限要素解析上の利点を有する手法構築を実現した.続いて(B)では,前述した数値計算上での利点を生かして,接線均質化手続きを用いた完全陰的アルゴリズムを構築した.そして,研究代表者が所有するin-houseプログラムに本アルゴリズムを実装し,(C)の基礎的検討のための環境整備を行った.最後に(C)では,検証例題としては,内部温度が100℃の矩形のマクロ構造の境界面を0℃に固定した際の非定常熱伝導解析を行った.ユニットセルには,均質体,および一方向強化材を採用し,サイズ効果を確認するために実寸倍を基準として1/10ずつ縮小したユニットセルモデルを計4種類設定した.結果としては,(C-1)本手法が連続体の古典的な熱伝導問題の論理を踏襲していることを示しており,古典理論からの論理的整合性は保証されていること,および(C-2)本手法によってはじめて非均質体の非定常熱・機械連成挙動のサイズ効果が再現できることを確認した.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Viscoelastic-viscoplastic combined constitutive model for glassy amorphous polymers under loading/unloading/no-load states2020

    • 著者名/発表者名
      Seishiro Matsubara, Kenjiro Terada, Ryusei Maeda, Takaya Kobayashi, Masanobu Murata, Takuya Sumiyama, Kenji Furuichi, Chisato Nonomura
    • 雑誌名

      Engineering Computations

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1108/EC-05-2019-0197

    • 査読あり
  • [学会発表] 2変数境界値問題に対する増分エネルギー汎関数の最小化アプローチ2019

    • 著者名/発表者名
      松原成志朗
    • 学会等名
      第24回計算工学講演会
  • [学会発表] A variational framework for thermo-mechanical coupled two-scale boundary value problems2019

    • 著者名/発表者名
      Seishiro Matsubara
    • 学会等名
      COMPLAS2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermo-mechanical coupled Gradient-enhanced Two-scale Variational updates for Thermo-hyperelastic Composites2019

    • 著者名/発表者名
      Seishiro Matsubara
    • 学会等名
      APCOM2019
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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