個別要素法による数値要素試験のためのデジタル標準砂の開発

采用离散元法进行数值元素测试的数字标准砂的开发

基本信息

批准号：
14750409
负责人：
松島亘志
金额：
$ 2.56万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、砂のような粒状体の直接数値計算法である個別要素法(Discrete Element Method ; DEM)において、複雑な不規則粒子形状を直接モデル化(イメージベースモデリング)して計算する手法を確立し、その定量評価を行うこと、および地盤工学の分野で共通に用いられている標準砂の3次元粒子形状モデルのカタログを作成し、それを多くの研究者の間で共有化・標準化することで、この分野での研究の発展に寄与することを目的としている。本年度の研究成果を以下に示す。(1)SPring-8での標準砂3次元形状取得放射光施設SPring-8におけるマイクロX線CTシステムを利用し、各国の標準砂(豊浦砂、Ottawa砂、Hostun砂、SLB砂)のゆるづめ試験体を撮影した。得られた再構成画像は粒子の大まかな形状を把握するのに十分な解像度を有しており、これ自体非常に重要な成果物である。更に、これらの画像を処理して個々の粒子形状を自動判別するアルゴリズムの開発を行った。これにより粒子の形状のみならず、接触点の情報なども取得可能となり、粒状体の微視構造を研究する上での価値ある基礎データを取得することが可能となった。(2)不規則形状3次元DEM要素試験と実験結果との定量比較不規則形状粒子のイメージベースモデリングに基づく3次元DEM単純せん断シミュレーションを行い、中空ねじりせん断試験結果との定量比較が可能であることを示した。(3)SPring-8での標準砂のマイクロ3軸圧縮試験イメージベースDEMを更に詳細に検証する目的で、SPring-8において豊浦砂、SLB砂のマイクロ3軸圧縮試験(供試体径:4.3mm、高さ10mm)を行い、せん断に伴う3次元粒子運動の可視化を行った。(4)デジタル標準砂データの公開今後、得られた粒子形状データ等の検証を行い、webなどで随時公開していく予定である。

This research aims to establish a method for directly modeling (image-based modeling) and calculating complex irregular particle shapes in the Discrete Element Method (DEM), a direct numerical method for sand-like granular bodies, and quantitatively evaluate them, and to create a catalog of three-dimensional particle shape models of standard sand, commonly used in the field of geotechnology, and to contribute to the development of research in this field by sharing and standardizing them among many研究人员。今年研究的结果如下。（1）使用每个国家 /地区的标准沙（Toyoura Sand，渥太华砂，Hostun Sand和SLB砂）的宽松标本在Spring-8时在弹簧-8处获取标准的沙子3D形状。所得的重建图像具有足够的分辨率来掌握颗粒的粗糙形状，这本身就是非常重要的产品。此外，已经开发了一种算法，该算法可以通过处理这些图像自动确定单个粒子形状。这不仅允许颗粒的形状，还允许有关接触点的信息，从而可以获取有价值的基本数据来研究颗粒体的微观结构。（2）对不规则形状3D DEM元素测试和实验结果的定量比较，我们基于基于图像的不规则形状颗粒的建模进行了3D DEM简单的剪切模拟，并证明了与空心扭转剪切测试结果的定量比较是可能的。（3）弹簧-8中标准砂的微型3轴压缩测试对基于图像的DEM进行了进一步详细的验证，在弹簧-8中对Toyoura Sand和SLB砂进行了微型3轴压缩测试（样品直径：4.3 mm，高度：10 mm），以可视化与Shearearing相关的3维粒子运动。（4）将来发表数字标准沙数据，我们计划验证所获得的粒子形状数据等，并不时在网络上公开。