Challenge to predict elaborate failures of structures using a novel multiscale-multistage fracture theory

使用新型多尺度多级断裂理论预测结构的复杂失效的挑战

• 批准号: 22KJ0233
• 负责人: 韓 霽珂
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0233/
• 关键词: 損傷モデル; 有限被覆法; マルチステージ; マルチスケール; 破壊

本年度は，大変形や部材分離に伴う大回転問題を考慮した，破壊力学及び損傷力学の利点を併せ持つ遷移理論を構築した．まず，連続体力学における有限変形の枠組みにおいて，任意き裂の発生・進展・分岐をエネルギー最小化問題の解として予測する「phase-fieldき裂モデル（PFモデル）」の定式化を行った．PFモデルは任意き裂進展問題をエネルギーベースで議論できる一方で，不連続き裂面を正則化して 連続的な損傷領域として表現するため，構造物の崩壊で想定される部材の分離を表現することが不可能であったため，定式化したPFモデルに，場の不連続問題の記述を得意とする「有限被覆法」の概念を統合し，遷移理論を構築した．これにより，任意き裂進展問題はエネルギー最小化問題の解として予測する一方で，そのき裂経路は不連続なき裂面として記述される遷移理論が完成した．定式化した遷移理論をインハウスの有限要素プログラムへの実装を行った．PFモデルの実装は通常の材料サブルーチンと同等の手順で行う 一方，数学被覆および物理被覆の実装は有限要素法の要素アセンブリアルゴリズムを大きく変更する必要があったため，まずは2次元問題の実装を行った．提案手法は一つの荷重増分ステ ップ間の非平衡状態中に進展するき裂進展を追随してシミュレートすることが可能であり，モード1やモード2破壊試験などのベンチマークを含んだ数値シミュレーションを実施し，提案手法の性能や妥当性の確認を行った．研究成果の報告および本研究に関わる破壊理論や計算手法の情報収集のために，国内学会2件（応用力学シンポジウム，計算工学講演会）および国際学会2件（WCCM,EFEM）への出張を行った．また，本研究を遂行するにあたり，同分野の専門書籍による学習を通じて専門性の理論基盤を修得した．

This year, we will consider the problem of separation of large components and large return, and construct the theory of migration based on the advantages of fracture mechanics and damage mechanics. In this paper, the finite variable component theory of continuous mechanics is discussed, and the problem of generation, progress, and divergence of arbitrary cracks is solved and predicted. The problem of generation, progress, divergence, and minimization of arbitrary cracks is discussed. The problem of generation, progress, divergence, and minimization of arbitrary cracks is discussed, and the problem of generation, progress, divergence, and minimization of arbitrary cracks is discussed. The concept of "finite cover method" is integrated and the theory of migration is constructed. This paper describes the solution of the problem of minimization of arbitrary crack progression and the solution of the problem of prediction. The finite element method of finite element method of mathematical covering and physical covering is necessary for the implementation of two-dimensional problems. The proposed method is to follow the progress of cracking in the unbalanced state between the load increase and the time limit, and to confirm the performance and appropriateness of the proposed method. The report of the research results is related to the collection of information on the theory and calculation methods of this research. There are 2 pieces from the National Society (Applied Mechanics Research Institute, Computational Engineering Lecture) and 2 pieces from the International Society (WCCM,EFEM). This study was carried out in the same field and the theoretical basis was revised.

项目成果

Gradient damage model for ductile fracture introducing degradation of damage hardening modulus: implementation and experimental investigations.

引入损伤硬化模量退化的韧性断裂梯度损伤模型：实施和实验研究。

• DOI: 10.1007/s10704-022-00681-9
• 发表时间: 2023
• 期刊: International Journal of Fracture
• 影响因子: 2.5
• 作者: Han;J.;Matsubara;S.;Nishi;S.;Takada;K.;Muramatsu;M.;Omiya;M.;Ogawa;K.;Oide;K.;Kobayashi;T.;Murata;M.;Moriguchi;S.;Terada;K.
• 通讯作者: K.

A variational formulation of crack phase-field modeling for ductile fracture equipped two damage variables

配备两个损伤变量的延性断裂裂纹相场建模的变分公式

• 发表时间: 2022
• 作者: Min Ye;Yu-You Li;韓 霽珂，松原 成志朗，森口 周二，寺田 賢二郎
• 通讯作者: 韓 霽珂，松原 成志朗，森口 周二，寺田 賢二郎