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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750409/
• 关键词: 個別要素法; DEM; 標準砂; SPring-8; マイクロX線CT; 単純せん断; 三軸圧縮試験; 中空ねじりせん断試験; 不規則形状粒子; 中空ねじり試験

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 study である, sand ような, granular <s:1> direct value calculation Method である, Discrete Element Method; DEM) に お い て, complex 雑 な irregular shape particles を directly モ デ ル change (イ メ ー ジ ベ ー ス モ デ リ ン グ) し て computing す る を established し, そ の quantitative evaluation 価 を line う こ と, お よ び site engineering の eset で に use common い ら れ て い る standard sand の 3 dimensional particle shape モ デ ル の カ タ ロ グ を し, consummate そ れ を more く の の researchers Between で communization, standardized す る こ と で, こ の eset で の research の 発 exhibition に send す る こ と を purpose と し て い る. The research results of を in this year are shown in に below す. (1) the SPring - 8 で の standard sand 3 dimensional shapes the emissive facilities SPring - 8 に お け る マ イ ク ロ X-ray CT シ ス テ ム を using し, nations の standard sand (bungo pu sand, Ottawa sand, Hostun sand, sand SLB) の ゆ る づ め test body を pinch of shadow し た. Again to ら れ た portrait は の big particles ま か な shape を grasp す る の に very な resolution を have し て お り, こ れ self very important な に results content で あ る. More に, こ れ ら の portrait を 処 Richard し て a 々 の particle shape discriminant す を automatic る ア ル ゴ リ ズ ム の open 発 を line っ た. こ れ に よ り particle shape の の み な ら ず の intelligence, contact な ど も made possible と な り を, granular body の micro structure study す る on で の 価 numerical あ る based デ ー タ を obtain す る こ と が may と な っ た. (2) irregular shape 3 dimensional DEM elements test と be 験 results と の quantitative comparison of irregular shape particles の イ メ ー ジ ベ ー ス モ デ リ ン グ に base づ く 3 dimensional DEM 単 pure せ ん broken シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line い, hollow ね じ り せ ん fault test results と の quantitative comparison が may で あ る こ と を shown し た. (3) the SPring - 8 で の standard sand の マ イ ク ロ 3 axis 圧 shrinkage test イ メ ー ジ ベ ー ス DEM を に more detailed に 検 card す で る purpose, SPring - 8 に お い て bungo pu sand, sand SLB の マ イ ク ロ 3 axis 圧 shrinkage test (selected body diameter: 4.3 mm, high さ 10 mm) を い, せ ん に with broken う の can 3 dimensional particle movement Visualize the を line った. (4) デ ジ タ ル standard sand デ ー タ の publicly in the future, and ら れ た particle shape デ ー タ etc. の 検 line card を い, web な ど で always open し て い く designated で あ る.

项目成果

T.Matsushima: "Discrete Element Simulation of an Assembly of Irregularly-Shaped Grains"Proc.16th Engineering Mechanics Conference ASCE. (2003)

T.Matsushima：“不规则形状颗粒装配的离散元模拟”Proc.16th 工程力学会议 ASCE。

松島亘志ほか: "複雑な砂粒子形状の個別要素法モデル化手法の提案"第37回地盤工学研究発表会概要集. 357-358 (2002)

Wataru Matsushima 等人：“复杂砂粒形状的离散元建模方法的提案”第 37 届岩土工程研究会议摘要 357-358 (2002)。