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2015 年度 実績報告書

岩質材料における3次元複雑き裂進展シミュレーターの構築に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 25870013
研究機関北海道大学

研究代表者

福田 大祐  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80647181)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード岩質材料 / 複雑亀裂進展 / 高速破砕 / 数値破壊プロセス解析 / 3次元有限要素法
研究実績の概要

本年度は,前年度までに基礎を構築した,要素境界分離法に基づく有限要素法(FEM)ベースの岩質材料の3次元複雑き裂進展シミュレーターの精度検証,及び,シミュレーターで用いる各パラメータが解析結果に与える影響等の包括的な評価に取り組んだ.特に,当該分野でこれまで多くの実験結果が報告されている実験室規模の岩石の高速破砕試験を対象として,パラメータスタディー及び思考錯誤的なアプローチを通して,シミュレーターの高精度化に取り組んだ.具体的には,研究対象として,Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)を用いた高速Brazilian試験を研究対象とした.そして,実験的に得られているSHPBの変位速度データを用いて,種々の載荷速度に対応した解析を実施したところ,解析から評価された動的圧裂引張応力の時間変化とその最大値である動的圧裂引張強度に関して,どの載荷速度条件でも実験結果と非常に良く一致する結果を得た.この際,当該シミュレーターにおいて亀裂進展挙動を表現するために導入したインターフェース要素のパラメータ(引張強度,せん断強度,Mode I及びMode IIの破壊エネルギー)を適切に設定することが,実験結果を模擬するためには極めて重要であることを明らかにした.また,近年積極的に適用されてきている個別要素法(DEM)ベースの亀裂進展シミュレーターでは,解析に用いる力学物性値の極めて煩雑なキャリブレーションが必要になることが知られているが,本研究で構築したシミュレーターでは,もともと実験的に評価・計測しやすいパラメータに基づいたモデリングを行っているため,上記のDEMベースのシミュレーターと比較してキャリブレーションが圧倒的に容易に行えることも明らかにした.
以上より,本研究の主目的である岩質材料の3次元複雑き裂進展シミュレーターの構築に成功したと考えている.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2016 2015 その他

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

  • [雑誌論文] Fractured Rock Permeability as a Function of Temperature and Confining Pressure2015

    • 著者名/発表者名
      A. K. M. Badrul Alam, Yoshiaki Fujii, Daisuke Fukuda, Jun-ichi Kodama · Katsuhiko Kaneko
    • 雑誌名

      Pure and Applied Geophysics

      巻: 172 ページ: 2871-2889

    • DOI

      10.1007/s00024-015-1073-2

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Development of 3-D Dynamic Fracture Process Analysis (DFPA) Code using GPGPU2016

    • 著者名/発表者名
      D Fukuda, SH Cho, E Nihei, J Kodama, Y Fujii
    • 学会等名
      2016 Korea-Japan Joint Symposium on Rock Engineering
    • 発表場所
      Daejeon, Korea
    • 年月日
      2016-05-19 – 2016-05-20
    • 国際学会
  • [学会発表] 岩質材料の3次元複雑き裂進展シミュレーターの構築2016

    • 著者名/発表者名
      福田大祐, 二瓶恵理菜, 趙祥鎬, 児玉淳一, 藤井義明
    • 学会等名
      資源・素材学会 平成28(2016)年度 春季大会
    • 発表場所
      東京大学,本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-03-28 – 2016-03-30
  • [学会発表] Evaluation of 3-D Strain Distribution in Lignite Based on Image Analysis2015

    • 著者名/発表者名
      D Fukuda, M Maruyama, N Aramaki, K Kaneko, J Kodama, Y Fujii, Y Nara
    • 学会等名
      Proc. The 13 the International ISRM CONGRESS 2015
    • 発表場所
      Montreal, Canada
    • 年月日
      2015-05-10 – 2015-05-13
    • 国際学会
  • [備考] 福田大祐:北海道大学研究室webpage

    • URL

      http://rock.eng.hokudai.ac.jp/daisuke-j.htm

  • [備考] Daisuke FUKUDA: Researchgate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Daisuke_Fukuda2

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公開日: 2017-01-06  

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