残留応力を伴う場でのカタストロフィック破壊の全過程を予測可能な数値解析手法の開発

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本研究は、構造物のカタストロフィックな破壊の全過程の詳細な予測のため、固体連続体の動的破壊進展過程における残留応力の解放と再分配を厳密に評価できる理論の確立、および「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「残留応力を伴う自己つりあい場での動的破壊進展」を同時に扱える動的弾塑性破壊進展解析手法の開発を行う。また、これらの理論と数値解析手法を用いて、本研究が提案する「残留応力を伴う自己つりあい場の僅かな乱れを引き金とする材料の動的破壊」が、ダメージが蓄積した構造物のカタストロフィックな破壊過程の支配的な要因であるという仮説の正否を検証し、新たな工学的知見を得る。今年度は解析コードのMPI化とスーパーコンピューターへの実装、「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「動的破壊進展に伴う残留応力場の解放と再分配」を同時に扱う動的弾塑性破壊進展解析の理論的枠組みの構築と実装を行なった。解析コードのMPI化は前年度完成させていたものをブラッシュアップし、スーパーコンピューターへの実装も行なった。これにより、扱える計算規模が大幅に上昇した。また、「材料の塑性化に伴う応力変化と等価な節点力」および「不均一な塑性変形分布に対応する等価介在力」の定式化を行い、正準方程式に取り入れることで亀裂進展を伴う弾塑性体挙動のモデル化を実現した。このモデルに基づき、粒子離散化有限要素法(PDS-FEM: Particle Discretization Scheme Finite Element Method)に弾塑性構成則を組み込んだ実装を行うことで、動的弾塑性破壊進展解析を実現した。