三次元粒状体の微視的構造と巨視的挙動の精密計測および解析手法の開発

砂礫などの粒状体を材料として扱う工学分野では、その材料の巨視的な性質に関する実験結果に基づく理論や経験則を背景に変形解析が行われている。しかしながら粒状体の巨視的性質は、個々の構成単位である個別の粒子が持つ基本性質(一次情報)に加えて、これらが積みあがって構成される粒子骨格(fabric)に大きく依存し、これを的確に把握しなければ現行の解析法が直面している諸問題(ひずみの局所化、力学的ラチェット現象など)の解決は難しい。本研究では研究代表者らが開発した三次元粒状体内部の可視化手法(レーザー援用トモグラフィー:LAT)を粒状体の標準的試験の一つである平面ひずみ試験装置などに応用し、供試体内部の三次元的な粒子運動や形態という従来手法では得ることのできない情報を、粒子集合体としての巨視的性質の精密計測と関連付ける手段を提供する。本年度は昨年度に構築したLAT/平面ひずみ試験システムを用いて、引き続き供試体の光学的切断面を多数撮影し、三次元粒状体内部のあらゆる粒子の3次元画像画像から、これがせん断変形する場合の粒子パラメータを統計的に処理して、全体変形に与える粒子ミクロ構造の影響を検討した。さらにこうした構成関係を新たに開発した大変形解析プログラム(Lagrangian Particle Finite Difference Method:LPFDM)に反映させ粒状体構造の大変形解析を進めた。

砂礫などの粒状体を材料として扱う工学分野では、その材料の巨視的な性質に関する実験結果に基づく理論や経験則を背景に変形解析が行われている。しかしながら粒状体の巨視的性質は、個々の構成単位である個別の粒子が持つ基本性質(一次情報)に加えて、これらが積みあがって構成される粒子骨格(fabric)に大きく依存し、これを的確に把握しなければ現行の解析法が直面している諸問題(ひずみの局所化、力学的ラチェット現象など)の解決は難しい。本研究では研究代表者らが開発した三次元粒状体内部の可視化手法(レーザー援用トモグラフィー:LAT)を粒状体の標準的試験の一つである平面ひずみ試験装置などに応用し、供試体内部の三次元的な粒子運動や形態という従来手法では得ることのできない情報を、粒子集合体としての巨視的性質の精密計測と関連付ける手段を提供する。本年度は昨年度に構築したLAT/平面ひずみ試験システムを用いて、引き続き供試体の光学的切断面を多数撮影し、三次元粒状体内部のあらゆる粒子の3次元画像画像から、これがせん断変形する場合の粒子パラメータを統計的に処理して、全体変形に与える粒子ミクロ構造の影響を検討した。さらにこうした構成関係を新たに開発した大変形解析プログラム(Lagrangian Particle Finite Difference Method:LPFDM)に反映させ粒状体構造の大変形解析を進めた。