高機能・構造複合材料の破壊解析

本研究では高機能・構造複合材料の破壊解析を行った．その内容は大きく2つに分かれる．一つは，圧電材料及び傾斜機能複合材料の破壊モデリングであり，もう一つは高性能コンクリート構造材料の破壊モデリングである．平成26年度は1番目の圧電材料及び傾斜機能複合材料の破壊モデリングに関する研究を実施したが，平成27年度は2番目の高性能コンクリート構造材料を対象として破壊解析を実施した．最近，高性能コンクリートが注目され，ファイバーやファイバーメッシュを付加したコンクリートの開発が行われているが，その破壊メカニズムは十分に解明されていない．コンクリートの破壊解析にはこれまで結合力モデルと呼ばれる破壊モデルがよく用いられるが，このモデルをそのまま新たな高性能コンクリートに適用することはできない．そこで本研究では，局所的自動要素分割機能を持った拡張有限要素法といった新たな破壊解析手法を提案して解析を実施した．解析は2次元および3次元の両方において行われ，静的，準静的のみならず動的条件下においても実施した．さらに，材料の損傷を局所領域に限定する新しい損傷モデルを提案し，コンクリート材料の破壊現象を精度よく再現することに成功した．得られた結果は，「アクティブＮＤＥを取り入れた機能的コンクリート材料・構造物の開発に関する研究」として実施されている科学研究費補助金基盤研究(A)の成果と比較して良い一致を得ることができ，その有用性を確認した．

本研究では高機能・構造複合材料の破壊解析を行った．その内容は大きく2つに分かれる．一つは，圧電材料及び傾斜機能複合材料の破壊モデリングであり，もう一つは高性能コンクリート構造材料の破壊モデリングである．平成26年度は1番目の圧電材料及び傾斜機能複合材料の破壊モデリングに関する研究を実施したが，平成27年度は2番目の高性能コンクリート構造材料を対象として破壊解析を実施した．最近，高性能コンクリートが注目され，ファイバーやファイバーメッシュを付加したコンクリートの開発が行われているが，その破壊メカニズムは十分に解明されていない．コンクリートの破壊解析にはこれまで結合力モデルと呼ばれる破壊モデルがよく用いられるが，このモデルをそのまま新たな高性能コンクリートに適用することはできない．そこで本研究では，局所的自動要素分割機能を持った拡張有限要素法といった新たな破壊解析手法を提案して解析を実施した．解析は2次元および3次元の両方において行われ，静的，準静的のみならず動的条件下においても実施した．さらに，材料の損傷を局所領域に限定する新しい損傷モデルを提案し，コンクリート材料の破壊現象を精度よく再現することに成功した．得られた結果は，「アクティブＮＤＥを取り入れた機能的コンクリート材料・構造物の開発に関する研究」として実施されている科学研究費補助金基盤研究(A)の成果と比較して良い一致を得ることができ，その有用性を確認した．