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有限要素法と個別要素法のハイブリッド法による骨折解析プログラムの開発とその応用

有限元法与离散元法混合断裂分析程序的开发及其应用

基本信息

批准号：
14F04754
负责人：
坂本二郎
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

平成27年度までの研究では，有限要素法と個別要素法の両方を独自のプログラムとしてコードを作成してきた．しかし，実用的な動的負荷問題を解くには，連続体の他にも板やシェル等，多くのタイプの有限要素が必要であり，荷重条件や接触条件にも様々な設定が必要になる．それらに対応したプログラムを全て自作することは困難で，特に信頼性確保のためのデバッグ作業に多大な時間と労力が必要になる．そこで，既に信頼性が確保され，コードも公開されている汎用の有限要素コードDYNA3Dに，独自開発の混合法（CDFP）プログラムを組み込むことで，その問題を解決した．汎用性と信頼性の高いDYNA3DをベースにしてCDFPの解析を可能としたことは，本研究における最も大きな成果である．開発したCDFP on DYNA3Dの検証のために，正方形ガラス板（200×200×6mm^3）の中央に衝撃子（先端が半径5mmの半球状の弾丸，質量55g）が速度5m/sで衝突する問題を対象とした衝撃破壊解析を行い，その精度と計算効率を検証した．個別要素と有限要素の境界が衝撃部の近くに存在すると，実際には発生しないはずの亀裂が生じるが，個別要素の領域を120×120mm^2まで広げると妥当な亀裂進展挙動を得ることができた．個別要素だけのモデルが要素数30,000個で解析時間が400秒なのに対し，混合モデルでは個別要素数10,800個で，解析時間も130秒と大幅に短縮することができた．適切な個別要素領域を設定できれば，本手法により精度良く少ない計算時間で解析できることが確認できた．頭蓋骨と等価な曲率を有する扁平骨モデルを混合モデルにより作成し，CDFP on DYNA3Dによる解析を行った．これにより，本研究で開発したプログラムを用いて三次元的な曲率を有する頭蓋骨等の骨折解析が可能なことを確認することができた．

Pp.47-53 27 annual までの research では, と specific elements method of the finite element method の struck party をの alone プログラムとしてコードを made してきた. しかし, be with な moving load problem をくには, he に続 body のも plate やシェル etc., more くのタイプのが finite elements necessary であり, load condition や contact にも others 々な set が necessary になる. それらに応 seaborne したプログラムをて all made することでは difficulties, especially に letter 頼 sex ensure のためのデバッグにな much time of operation とが労 force necessary になる. そこで, both に letter 頼 sex が ensure され, コードも public されている domestic の finite element コード DYNA3D に, open 発の hybrid method (CDFP) プログラムを group み込むことで, そのを solve した. High domestic resistance と letter 頼のい DYNA3D をベースにして CDFP の resolution を may としたことは, this study におけるも most big きな results である. Open 発した CDFP on DYNA3D の検 card のために, square ガラス plate (200 * 200 * 6 mm ^ 3) の central に blunt shock son (5 mm の half spherical apex が radius の弾 pills, 55 g) quality が speed 5 m/s conflict でする problem を like と seaborne した blunt shock broken line analytical を壊い, Youdaoplaceholder0 そ precision と calculation efficiency を検 proof た. Individual elements と finite element の state department が blunt shock の nearly くに exist すると, be interstate には発 raw しないはずの growing crack が raw じるが, individual elements をの field 120 x 120 mm ^ 2 まで hiroo げると appropriate な挙 dynamic growing crack progress を have ることができた. Individual elements だけのモデルが element number 30000 で parsing time が 400 seconds なのにし seaborne, mixed モデルでは individual elements number 10800 で, parsing time も 130 seconds とに sharply shortening することができた. Set appropriate な individual elements field をできれば, this technique により precision less good くない computing time で parsing できることが confirm できた. Skull と etc 価な curvature を have する flat bone モデルを mixed モデルによりし consummate, CDFP on DYNA3D による parsing line をった. これにより, this research で open 発したプログラムを with いて curvature を have three yuan なする skull fracture etc. の resolution が may なことを confirm することができた.