Development of digital twin framework based on full-field measurement of microscopic stress field and strain field

本研究では，土粒子間のミクロな挙動がマクロな変形・破壊に発展するダイナミクスとして液状化現象に着目し，粒子単位の有効応力の計測を特徴として，マルチスケールな観察と機構解明によって高精度に再現する枠組みの開発を目的としている．２０２２年度は，微視的応力場・変位場の全領域計測技術の開発として，粒子単位の有効応力の計測と変位場の計測を高精度に十分な空間・時間分解能で観察する方法を検討し，小型振動台実験を対象に構築した観察方法の検証を行った．微視的応力場は，応力発光材料を塗布した粒子を用いて粒子単位の有効応力増分を輝度で可視化する粒子を用いて，間隙流体として流動パラフィンを用いた地盤模型を対象に観察を行った．本検討では，土槽中央に質点を持つ板を配置しており，加振による板の変位と地盤の変形に応じて，粒子の発光の推移が観察できることを確認した．微視的変位場の観察にあたっては，同期撮影するとともに，照明と観察波長を工夫することでデジタル画像相関法による画像解析を高精度に行えることを確認した．なお，小型振動台実験では小型剛土槽を用いたため境界条件の影響が大きいと考えられ，地盤のせん断変形に追従する可視化に適した土槽を製作した．デジタルツイン解析技術の開発では，撮影された微視的応力場・変位場の推移をもとに，有効応力解析において，高精度に再現するためのマルチスケールな観点における検証方法と本研究に適したデータ同化手法などを検討した．

本研究では，土粒子間のミクロな挙動がマクロな変形・破壊に発展するダイナミクスとして液状化現象に着目し，粒子単位の有効応力の計測を特徴として，マルチスケールな観察と機構解明によって高精度に再現する枠組みの開発を目的としている．２０２２年度は，微視的応力場・変位場の全領域計測技術の開発として，粒子単位の有効応力の計測と変位場の計測を高精度に十分な空間・時間分解能で観察する方法を検討し，小型振動台実験を対象に構築した観察方法の検証を行った．微視的応力場は，応力発光材料を塗布した粒子を用いて粒子単位の有効応力増分を輝度で可視化する粒子を用いて，間隙流体として流動パラフィンを用いた地盤模型を対象に観察を行った．本検討では，土槽中央に質点を持つ板を配置しており，加振による板の変位と地盤の変形に応じて，粒子の発光の推移が観察できることを確認した．微視的変位場の観察にあたっては，同期撮影するとともに，照明と観察波長を工夫することでデジタル画像相関法による画像解析を高精度に行えることを確認した．なお，小型振動台実験では小型剛土槽を用いたため境界条件の影響が大きいと考えられ，地盤のせん断変形に追従する可視化に適した土槽を製作した．デジタルツイン解析技術の開発では，撮影された微視的応力場・変位場の推移をもとに，有効応力解析において，高精度に再現するためのマルチスケールな観点における検証方法と本研究に適したデータ同化手法などを検討した．