三次元イメージベース有限要素法によるコンクリート材料の圧縮軟化解析

使用基于 3D 图像的有限元方法进行混凝土材料的压缩软化分析

• 批准号: 14750468
• 负责人: 永井 学志
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Gifu University (2004)The University of Tokyo (2002-2003)
• 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 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750468/
• 关键词: コンクリート材料; 複合材料; 微視構造; デジタル画像; 有限要素法; 破壊; 3次元デジタル画像; 有限要素解析; 均質化法; 界面; 不連続性埋め込み要素; 粒子分散; 三次元デジタル画像; 等値面再構成; 不連続要素

本研究は,コンクリート材料を粗骨材-モルタル-界面からなる複合材料として考え,その力学挙動を解明するための数値解析的手法を開発しようとしたものである.粗骨材-モルタル-界面の幾何学構造のモデリングが重要であるとの視点から,三次元デジタル画像を用いた有限要素モデリング手法を開発した.この有限要素モデリングの中でも中心となる手法は微視的引張破壊(クラック)の表現法であり,要素内に不連続変位を埋め込むものと非局所型でいくつかの要素により表現するものを提案した.本年度が本研究の総括であり,以下の成果を得た.前者の微視的引張破壊表現法では,コンクリート材料の初期の非線形挙動を詳細に追跡し得ることの計算例を示した.また,後者の表現法では,前者に比べて精度はよくないものの,巨視的引張破壊はもちろん巨視的圧縮破壊の最後(圧縮軟化)まで安定して追跡することができた.後者を用いて,非線形要因として微視的な引張破壊のみを考慮するだけで,一般的な多軸圧縮負荷においても工学的な予測式と定性的に一致することを示した.これらの成果は,論文としての発表の他,コンクリート工学協会「コンクリートの微細構造解析研究委員会」においても発表した.本解析手法は,三次元解析と細かい直交メッシュゆえに非常に多くの演算量を必要とするが,計算機の高性能化に伴い解決すると考えられる.一方,問題点としてより明らかとなったのは,界面についてモデリングはできても与えるべき材料物性値が不足していることである.なお,本解析手法の機能性多結晶セラミックスへの適用についても,本年度,若干の検討を行い,原則として適用可能であることを示した.

In this paper, the method of numerical analysis of mechanical behavior of composite materials is developed. The geometric structure of coarse material-matrix-interface is important for the development of three-dimensional matrix images with finite elements. The expression method of this finite element is to express the center of the element in the Weishi app, and the expression method of the element in the element is to express the element in the non-local type. This year's research is summarized, and the following results are obtained. The Weishi app's tension breakdown expression method for the former is illustrated by a detailed tracing of the initial non-linear motion of the material. The latter expression method, the former than the accuracy of the first, the macro vision of the tension break, the macro vision of the compression break and the final (compression softening), stability and tracking. The latter is applied to non-linear factors such as tension and tension in Weishi app, and to general multi-axial compression loads such as engineering prediction and qualitative consistency. The results of this paper are presented in the "Committee for Microstructural Analysis" of the Association of Science and Technology. This analytical method is based on the three-dimensional analysis, orthogonal analysis and analysis. It is necessary to solve the problem of high performance computer. On the one hand, the problem point is that the interface is not enough. This year, a number of discussions were conducted on the application of the functional polycrystal analysis method, and the principle of application was shown.

项目成果

Modeling of Polycrystalline piezoelectric ceramics by using voxel FEM

使用体素有限元法对多晶压电陶瓷进行建模

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the International Conference on Computational Methods (in press)
• 作者: G.Nagai;S.Tsukiashi;K.Watanabe
• 通讯作者: K.Watanabe

ボクセル有限要素法による多結晶圧電セラミクスのモデリング

使用体素有限元法对多晶压电陶瓷进行建模

• 发表时间: 2004
• 期刊: 計算工学講演会論文集 Vol.9
• 作者: 永井学志;月足繁;渡邊勝彦
• 通讯作者: 渡邊勝彦

永井学志, 山田貴博, 渡邊勝彦: "イメージベース有限要素法によるコンクリート材料の圧縮非線形挙動に関する研究-単純形状モデルとの比較による検討-"日本建築学会大会学術講演梗概集. A-1. 833-834 (2002)

Manabu Nagai、Takahiro Yamada、Katsuhiko Watanabe：“使用基于图像的有限元方法研究混凝土材料的压缩非线性行为 - 与简单几何模型的比较 -”日本建筑学会 A-1 会议学术讲座摘要。 -834 (2002)

永井学志, 山田貴博, 渡邊勝彦: "等値面と不連続要素による複合材料の三次元有限要素モデリング"第52回理論応用力学講演会講演論文集. 299-300 (2003)

Manabu Nagai、Takahiro Yamada、Katsuhiko Watanabe：“使用等值面和不连续元素的复合材料三维有限元建模”第 52 届理论与应用力学会议论文集 299-300 (2003)。

G.Nagai, J.Fish, K.Watanabe: "Stabilized Nonlocal Model for Dispersive Wave Propagation in Heterogeneous Media"Computational Mechanics. Vol.33. 144-153 (2004)

G.Nagai、J.Fish、K.Watanabe：“异质介质中色散波传播的稳定非局域模型”计算力学。