Study on free vibration and elastic stability of axially functionally graded materials

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本研究の目標は，従来の鉄鋼やコンクリートからなる単純ブレースや座屈拘束ブレースよりも軽量で，かつ高い耐震補強性能を発揮する二成分系軸方向傾斜機能材料（以下，傾斜機能材料と略す）からなるシンプルなブレースを開発することである．この目標を達成するための基礎資料を得るために，本研究では傾斜機能材料の自由振動・弾性安定と設計変数との関係を三次元弾性論に基づく数値解析により明らかにする．本研究課題を申請したときは研究協力者一名の体制を計画していたが，研究を開始するときには幸いにも研究協力者二名の体制となったため，令和4年度に実施予定であった三次元弾性論に基づく傾斜機能材料の弾性安定の解明（以下，課題1）と令和5年度に実施予定の同理論に基づく同料の自由振動の解明（以下，課題2）を並行して実施した．■令和4年度の課題1の成果：(1) 三次元弾性論に基づく傾斜機能材料の線形座屈問題をB-spline Ritz法で解析するための設計支援ツールの開発を行った．(2) Timoshenko梁理論とTrefftzの理論に基づく傾斜機能材料の線形座屈問題をB-spline Ritz法で解析するための設計支援ツールを開発し，そのコード検証を行った．(3) 線形化された梁－柱理論に基づく傾斜機能材料の線形座屈問題をB-spline Ritz法で解析し，座屈荷重とこれに対応する座屈モードに与える設計変数の影響を明らかにした．■令和4年度の課題2の成果：(4) 三次元弾性論に基づく傾斜機能材料の自由振動問題をB-spline Ritz法で解析するための設計支援ツールの開発を行った．(5) 森・田中の平均場理論に基づく等価介在物法により二成分系軸方向傾斜機能材料の平均弾性定数を推定するコードを作成し，その妥当性を確認した．(6) Loveの理論に基づく傾斜機能材料の縦自由振動問題をB-spline Ritz法で解析するための設計支援ツールを開発し，そのコード検証を行った．このツールでは(5)で作成したコードを活用している．