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2019 年度 実績報告書

X線CTを用いた多孔質材料内部の歪の分布測定と熱&水分移動・応力・歪連成解析

研究課題

研究課題/領域番号 19H05511
配分区分補助金
研究機関近畿大学

研究代表者

安福 勝  近畿大学, 建築学部, 准教授 (20581739)

研究分担者 伊庭 千恵美  京都大学, 工学研究科, 准教授 (10462342)
麓 隆行  近畿大学, 理工学部, 教授 (30315981)
脇谷 草一郎  独立行政法人国立文化財機構奈良文化財研究所, 埋蔵文化財センター, 室長 (80416411)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2022-03-31
キーワードポロメカニクス / X線CT / 画像相関法 / 圧縮試験 / 塩類風化 / 凍結融解 / 乾湿風化 / 有限要素法
研究実績の概要

本研究では、凍結融解や乾湿の繰り返しなどにより劣化する多孔質な建築材料(凝灰岩・砂岩・レンガなど)の耐久性を予測・評価するため、材料内部の熱&水分移動解析と応力・歪の解析を連成した数値解析を行っている。これにより、これまで温度や含水率の変化などでしか表現されてこなかった多孔質材料の耐久性予測・評価方法を、材料内部の応力と材料の強度(圧縮・引張強度など)というより明確な物理量をもって評価することが可能な、さらに高度なものに発展させることが可能になると考えられる。
令和1年度課題では、多孔質材料内部の物理現象を扱う数値解析においては、熱&水分移動解析と応力・歪を解析する連続体力学(多孔質材料を扱う場合、Poromechanicsという)を連成した有限要素解析モデルを作成した。これにより、今後凍結・融解モデルを組み込み、凍害の予測を可能にするための基盤が完成した。今後補助的なツールを開発することで、単純な形状を持つことが多い建築・土木構造物のみならず、地盤や文化財等の複雑な形状を有する材料を対象とした解析が可能になると考えられる。
令和1年度の実験室実験においては、X線CTと画像相関法を用いたひずみの分布測定を実施した。まずは、圧縮応力下におけるひずみを測定し、その結果をひずみゲージの測定結果と比較し、概ね一致する結果を得た。これにより、このX線CTとDVCを組み合わせる手法を用いて、乾湿風化、凍結融解作用時の体積変化、塩類風化に伴うひずみを測定する実験を行う基盤ができたと考えられる。さらに、本研究で用いたX線CTを活用して、解析に関わる材料の複数の物性測定も行った。例えば、乾湿風化による石材の劣化メカニズム解明のための基礎的材料物性に関する実験的検討を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

令和2年度までで当初の3年間の研究計画を概ね実現することができた。数値解析においては、令和1年度課題で有限要素解析モデルの構築を完了し、令和2年度課題ではその汎用化や解析精度向上などにまで取り組むことができた。また、実験においては令和1年度課題でX線CTと画像相関法を組み合わせたひずみの3次元計測を実現し、令和2年度課題では様々な条件下において凍結融解、塩類風化などにともなう材料のひずみの測定にまで取り組むことができた。

今後の研究の推進方策

まず、ひずみの測定結果と数値解析の結果を比較する。これにより測定手法と解析手法の妥当性を相互確認する。また、数値解析においては、凍結融解過程を扱うモデルを汎用有限要素解析コードに組み込む。
今後は本研究により得られた成果を余すことなく学術論文として発表することにも力を入れたいと考えている。
なお、予定している研究を遂行する上での問題は発生していない。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] LFCR(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      LFCR
  • [雑誌論文] X 線 CT による圧縮応力下のコンクリート内部の 3 次元ひずみ分布計測向上のための基礎研究2021

    • 著者名/発表者名
      麓 隆行, 裏 泰樹, Stephen A. Hall
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: 76 ページ: I_337-I_346

    • DOI

      10.2208/jscejam.76.2_i_337

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] X線CT法を用いた凍結融解作用によるモルタル内部の体積変化に関する基礎検討2020

    • 著者名/発表者名
      麓隆行, 川本幸宏, 村田隆男, 高田良章
    • 雑誌名

      コンクリート構造物の補修,補強,アップグレード論文報告集 Proceedings of the Concrete Structure Scenarios, JSMS

      巻: 20 ページ: 303-308

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 覆屋の改修が石仏の塩類風化に与える影響の熱水分移動解析による評価 -元町石仏の保存に関する研究 その2-2020

    • 著者名/発表者名
      高取伸光, 小椋大輔, 脇谷草一郎, 安福勝, 桐山京子
    • 雑誌名

      日本建築学会環境系論文集

      巻: 768 ページ: 137-147

    • DOI

      10.3130/aije.85.137

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 乾湿風化による軟岩製石造文化財の劣化メカニズムの検討(その1:下浦砂岩の不飽和領域に生じる劣化のモデル化を目的とした物性値の実測)2020

    • 著者名/発表者名
      杜之岩、脇谷草一郎、髙妻洋成
    • 雑誌名

      文化財科学

      巻: 81 ページ: 443-448

    • 査読あり
  • [学会発表] 高瀬石仏の保存環境予測と整備事業評価2021

    • 著者名/発表者名
      安福勝
    • 学会等名
      奈良文化財研究所保存科学研究集会
    • 招待講演
  • [学会発表] X 線CT とDVC を用いた圧縮応力下における模擬試験体内部に設けた粗骨材粒子周辺のペーストの変形に関する基礎検討2020

    • 著者名/発表者名
      麓 隆行,Dmitry Ivanov,北河 悠斗,Stephen A. Hall
    • 学会等名
      応用力学シンポジウム
  • [学会発表] Measurement of moisture content and volume change distribution inside cement past specimens using X-ray CT image2020

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Fumoto, Masaru Abuku and Stephen A. Hall
    • 学会等名
      XV International Conference on Durability of Building Materials and Components, DBMC 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Deterioration mechanism of Japanese sandstone during the drying and wetting cycles2020

    • 著者名/発表者名
      杜之岩、脇谷草一郎、髙妻洋成
    • 学会等名
      14th International Congress on the Deterioration and Conservation of Stone(ICOMOS-ISCS)
    • 国際学会
  • [学会発表] 大分市高瀬石仏の保存環境分析と対策の評価 その4)液水拡散係数の異方性を考慮した2 次元熱水分移動の数値解析2020

    • 著者名/発表者名
      平沼柊哉,安福勝,麓隆行,脇谷草一郎,小椋大輔
    • 学会等名
      日本建築学会近畿支部研究報告会
  • [学会発表] X-ray CT and Digital Volume Correlation of Tuff Stone under Uniaxial Compression2019

    • 著者名/発表者名
      Masaru Abuku, Takayuki Fumoto, Shuya Hiranuma, Eikou Kim, Soichiro Wakiya, Hannelore Derluyn
    • 学会等名
      International Conference on Tomography of Materials & Structures (ICTMS2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of liquid water uptake by brittle tuff stone taken around Takase stone buddhas, Oita, Japan, by X-ray projection2019

    • 著者名/発表者名
      Shuya Hiranuma, Masaru Abuku, Takayuki Fumoto, Soichiro Wakiya, Daisuke Ogura
    • 学会等名
      International Conference on Tomography of Materials & Structures (ICTMS2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Conservation of Takase stone Buddhas, Oita, Japan: Evaluation of countermeasures based on field survey and numerical approach2019

    • 著者名/発表者名
      M. Abuku
    • 学会等名
      2019’ International Symposium on Dazu Studies and the 20th Anniversary Celebration of the Dazu Rock Carvings Inscribed into the World Heritage List, Dazu, Chongqing, China
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 歴史的組積造建築物の塩類風化による劣化メカニズムとその予測(その2)ボルツマン変換による焼成煉瓦の塩溶液拡散係数の同定とその低下要因の考察2019

    • 著者名/発表者名
      水谷悦子,小椋大輔,安福勝
    • 学会等名
      日本建築学会近畿支部研究報告会
  • [学会発表] 大分市高瀬石仏の保存環境分析と対策の評価 その3)X線照射による凝灰岩の吸水速度の測定2019

    • 著者名/発表者名
      平沼柊哉,安福勝,麓隆行,脇谷草一郎,小椋大輔
    • 学会等名
      日本建築学会近畿支部研究報告会
  • [学会発表] マイクロフォーカスX線CTによるレンガの乾燥過程における塩析出性状に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      水谷悦子,小椋大輔,安福勝
    • 学会等名
      日本文化財科学会第36回大会
  • [学会発表] X線照射による大分市高瀬石仏で採取された凝灰岩の水分拡散係数の測定2019

    • 著者名/発表者名
      平沼柊哉,安福勝,麓隆行,脇谷草一郎,小椋大輔
    • 学会等名
      日本文化財科学会第36回大会
  • [学会発表] 大分市高瀬石仏の保存環境に関する研究 その4)X線照射による凝灰岩の水分拡散係数の測定2019

    • 著者名/発表者名
      平沼柊哉,安福勝,麓隆行,脇谷草一郎,小椋大輔
    • 学会等名
      日本建築学会大会(北陸)
  • [学会発表] 一軸圧縮下における凝灰岩のX線CTとDigital Volume Correlation2019

    • 著者名/発表者名
      金永鎬,安福勝,麓隆行,脇谷草一郎,平沼柊哉
    • 学会等名
      日本建築学会大会(北陸)
  • [学会発表] 歴史的組積造建築物の塩類風化による劣化メカニズムとその予測 (その2)NaCl塩溶液を含ませたレンガの乾燥過程のマイクロフォーカスX線CTによる非定常塩析出性状の分析2019

    • 著者名/発表者名
      水谷悦子,小椋大輔,安福勝
    • 学会等名
      日本建築学会大会(北陸)

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公開日: 2021-12-27  

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