| 研究課題/領域番号 |
20K21028
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
山田 正太郎 東北大学, 工学研究科, 准教授 (70346815)
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| 研究分担者 |
京谷 孝史 東北大学, 工学研究科, 教授 (00186347)
松原 成志朗 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40823638)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | ゴム / Mullins効果 / 損傷 / 損傷回復 / 異方性損傷 / 熱連成 / 動的解析 / 免震 |
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| 研究実績の概要 |
ゴムは載荷履歴を受けるとMullins効果と称される内部損傷に起因する履歴挙動を呈する．ゴムは自己治癒能力を有し，受けた損傷は時間とともに緩やかに回復し得る．このゴムの損傷回復現象は外部から熱を注入することによって回復を早めることができる．本研究では，このような一連の現象を記述可能な数理モデルの構築を図った．まず，Mullins効果を記述可能な構成則を構築するために，超弾性体に損傷理論を導入した．既往の損傷理論のほとんどは処女載荷曲線に損傷の影響が現れるため，材料定数の同定に困難を来す．この課題を解消するために隠れ損傷理論を新たに提案した．このモデルを用いることにより，基本モデルとなる超弾性体の材料定数と損傷を制御するための材料定数を独立に決定することができる．また，等方性超弾性体を基本モデルに選ぶと等方性損傷しか表現することができない．そこで，Micro-Sphereモデルに隠れ損傷理論を適用することにより異方性損傷の表現を可能にした．次に，これらの損傷モデルにおいて，損傷回復の記述を図った．時間の経過とともに損傷を回復させるようにモデル化を図ると，熱力学の第二法則に抵触するという問題が生じる．そこで，損傷回復ポテンシャルを考慮することと，損傷回復条件において熱力学の第二法則を満たすような制約を課すことでこの課題を克服した．このモデルを有限変形理論に基づく有限要素解析コードに実装するとともに，熱連成解析および動的解析が可能となるように同解析コードを拡張した．開発した解析コードを用いてゴム試験片の繰返し載荷による損傷過程や，熱注入を伴う損傷回復過程を再現した．加えて，構造物の免振ゴム支承が地震の際に損傷を受けた後，その損傷を回復させることで免震機能が回復されることを数値解析によって例証した．
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