微視的構造不安定化に伴う巨視的破壊挙動の解析法に関する研究

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昨年度は,ミクロ領域における弾塑性挙動に着目して,ミクロ構造に起因するBauschinger効果の発現メカニズムを明らかにした.これにより,ミクロ構造をマクロ的な弾塑性応答に取り入れることで巨視的な塑性化を説明できるようになった.本年度は,ミクロ領域において破壊現象を想定して,これが巨視的破壊挙動とどのような関係を持ちうるのかに焦点を当てたモデル化及び手法の開発を行い,ある程度の成果が得られた.すなわち,微視的構造不安定化と巨視的破壊挙動との対応をマルチスケールモデルとして構築し,これを適用した数値解析を行い,モデルの妥当性の検証をおこなった.懸案であったミクロ構造の破壊判定とそのマクロ的な物質点における変形(変位)の不連続性については,ハイブリッド型の有限被覆法を開発することで可能となった.ただし,代表体積として選定した周期的なミクロ構造内において如何なる条件下で破壊が起こり,どの物理量としてマクロ的な破壊と関連付けられるかに関しては,数学的に未解決な問題であるため,均質化法的の考え方を直接的に適用することで近似した.そして,マクロ破壊はミクロ構造崩壊時と定義し,マクロ的な破壊面の方向をミクロ構造解析によって同定した.また,マクロ材料不安定自身は弾塑性問題に対する既存の解析手法において負の硬化(=軟化)係数を与えることで追従可能であるが,変位の不連続性を伴う場合には要素レベルの改良などによる対応を検討した.さらに,既存の解析ソフトウェアで評価可能とされるコンクリートの材料軟化挙動について解析し,従来法による結果および実挙動との比較を行った.しかし,実験データが十分ではなく,定性的な比較にとどまっており,開発した手法の信頼性を実務レベルで確認し,アプローチの有用な実証するには至らなかった.今後は,これらの検証を行うとともに,設定するミクロ構造の種類(弾塑性体,粒状体,多孔質体など)を想定し,いくつかのマクロ不安定挙動をシミュレートできるように,解析コードの汎用化も考えていかねばならない.