| 研究課題/領域番号 |
20K11857
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| 研究機関 | 豊田工業大学 |
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研究代表者 |
椎原 良典 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90466855)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | DCB試験 / 接触破壊 / 衝撃破壊 / 炭素繊維複合材 |
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| 研究実績の概要 |
衝突にさらされる機械構造物の強度設計には，接触がもたらす破壊現象への理解が不可欠である．ペリダイナミクス（Peridynamics, PD）は破壊現象を精度よく模擬できる粒子法の一種であるが，接触破壊問題への応用は多くない．本研究では，接触問題における精度と莫大な計算量という2つの問題に着目し，定式の改良と超並列計算化を通じて接触破壊問題におけるPDの欠点を克服することを目的とする．これにより，極めて動的な大規模接触破壊シミュレーションを高精度に解くことが可能となる．本研究では特に，任意の材料を扱うことができるNon-Ordinary State-based PD（NOSB-PD）を対象として研究を進めている．昨年度は，重み関数法の高度化により，世界的にも稀有なNOSB-PDによる衝突破壊シミュレーションを実現した．今年度はこの方向にさらに延伸させ，(1) NOSB-PDにおけるDCB破壊試験の実現，(2) NOSB-PDにおける積層板接触破壊シミュレーションの実現，という2点について研究を実施した．以下に詳細を示す．
研究項目(1)について，DCB試験は炭素繊維複合材における界面強度評価法の一つであるが，NOSB-PDによる計算例が存在しなかった．本研究では，異方性材料の定式化をプログラムに導入するとともに，重み関数法を利用して試験における接触治具をモデルの中に組み込み，実験に近いNOSB-PDシミュレーションを実現した．
研究項目(2)においては，項目(1)で得た知見を元にして，複合材積層板の接触破壊シミュレーションモデルを作成し，計算を実施した．その結果，実験結果に近い剥離傾向を実現することができた．
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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
本研究では，接触問題における精度と莫大な計算量という2つの問題が着眼点である．今年度は前者において産業上有用な材料で実験と比較可能な結果が得られるなど，格段の進展が見られた．一方で，後者については並列計算アルゴリズムの中での接触破壊の実現に問題が生じており，若干遅れている．従って全体としては順調な進展とするが，次年度は後者の項目での問題解決により注力する予定である．
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度研究の成果により，本研究課題の最終目標である，「炭素繊維積層板に物体が衝突して剥離破壊を起こす大規模接触破壊」をシミュレーションにより実現する目処がついたと言える．最終年度では，このプロトタイプの計算結果を有限要素法による結果，もしくは，実験結果との比較を通じて，その精度を更に検証していく．また，並列計算を実施して大規模並列化による大規模構造のシミュレーションを実現する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
並列計算機の部分的な資金とする予定であったが，研究内容により並列化の要が小さかったため，支出しなかった．次年度は外部の並列計算機の使用量と，最終年度における計算遂行のための人件費へと充当する．
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