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

基于微观应力场和应变场全场测量的数字孪生框架开发

• 批准号: 22H01592
• 负责人: 近藤 明彦
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01592/
• 关键词: 有効応力; 可視化; 全領域計測; 粒状体; 有効応力解析

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．

这项研究的重点是液化现象作为一种动态，在这种动态中，土壤颗粒之间的微生物体发展为宏观变形和断裂，旨在开发一个框架，该框架可以通过基于粒子的基于粒子的有效应力来表征多个规模的观察和机制阐明，以高度准确地重现。在2022财年，作为用于微观应力和位移场的全范围测量技术的开发，我们研究了一种在基于粒子的基础上观察有效应力的方法，并具有高精度和足够的空间和时间分辨率的位移场，并验证了用于小型摇台实验的观察方法。使用涂有压力发射材料的颗粒在地面模型上观察到微量应力场，以使用压力发射材料涂有颗粒，以使用亮度通过粒径可视化颗粒的有效应力增量。在这项研究中，我们确认将具有质量点的板放在土壤储罐的中心，并且可以根据地面的振动和变形而观察到颗粒发射的变化。在观察微观位移场时，我们确认使用数字图像相关性可以通过同步摄影并设计照明和观察波长以高度准确地进行图像分析。此外，由于在小型摇桌实验中使用了一个小的，刚性的土壤罐，因此人们认为边界条件将很大，并且一个适合可视化的土壤罐制造了地面剪切变形后。在数字双分析技术的开发中，基于捕获的微观应力场和位移场的进展，我们研究了一种多尺度验证方法，用于以高精度再现有效的应力分析以及适合本研究的数据同化方法。