高時間分解能画像計測と高次PDS-FEMを用いたスーパーシア破壊についての検討

利用高分辨率图像测量和高阶 PDS-FEM 研究超剪切断裂

• 批准号: 21K04241
• 负责人: 沖中 知雄
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kindai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04241/
• 关键词: スーパーシア破壊; 画像計測; 超高速ビデオカメラ; PDS-FEM; PDS－FEM; 衝撃破壊試験; 高次PDS-FEM

本研究ではスーパーシア破壊を実験と数値解析を用いて検討し，その発生メカニズムや地盤の不均一性が断層のスーパーシア破壊に与える影響を明らかにするとともに，スーパーシア破壊を再現できる数値解析手法を確立することを目的とする．実験では衝撃破壊試験を行う．高速で飛翔する飛翔体を供試体に衝突させ，供試体内部でき裂を発生させる．超高速ビデオカメラと光弾性手法を組合せてき裂の進展状況と応力分布を1μ秒単位で画像計測する．実験の供試体の作成材料として光弾性感度をもつ透明材料であるエポキシ樹脂とポリカーボネート樹脂を採用した． 2個の供試体の長辺を突き合せて長辺側に圧縮荷重を載荷し，短辺に飛翔体を衝突させることにより，接合部でき裂を進展させた．供試体側面から平行光を照射，透過像を超高速ビデオカメラで撮影する．照射光を偏光させることにより形成された光弾性縞をき裂の進展状況と合わせて画像計測することにより，き裂の進展状況と合わせて供試体中の応力場を画像計測する．計測結果からスーパーシアき裂発生のメカニズムを実験的に検討する．また計測された干渉縞は後述する数値計算手法の精度の検証にも使用する．数値解析として高次PDS―FEMを用いたき裂進展解析を行う．PDS－FEMは解析対象をボロノイ領域と共役なデネルイ領域に分割し，変位をボロノイ領域で，変位の微分項であるひずみをデルネイ領域で離散化する解析手法である．ボロノイ領域の境界上で変位の不連続性が許容されるため，き裂の進展解析に適している．離散化に高次関数を採用することにより解析精度を向上させた高次PDS－FEM解析に，き裂面を解析するための接触要素を導入することによりき裂進展解析を行う．実験により得られた光弾性干渉縞と解析結果により再現された干渉縞を比較することにより解析精度を検証し，スーパーシア破壊を再現できる解析手法を確立することを目標とする．

这项研究旨在使用实验和数值分析来研究超色断裂，并阐明其产生的机制及其地面异质性对断层骨折的影响，并建立一种可以重现超级裂缝的数值分析方法。该实验涉及冲击分解测试。高速飞行的弹丸与样品碰撞，导致样品内形成裂缝。将超高的摄像机和光弹性方法组合在一起，以1μ秒的增量测量裂纹生长状态和应力分布。在实验中制备样品的材料是环氧树脂和聚碳酸酯树脂，它们是具有光弹性敏感性的透明材料。两个标本的长侧被串在一起，在长侧加载压缩载荷，弹丸与短侧碰撞，导致裂缝在接头上发育。平行灯从样品的侧面照射，并用超高速度摄像机捕获传输图像。通过测量通过将辐照光与裂纹传播状态偏振形成的光弹性条纹，样品中的应力场与裂纹传播状态一起成像。我们通过测量结果从实验中研究了超海裂纹启动的机制。测得的干扰条纹还用于验证下面描述的数值计算方法的准确性。使用高阶PDS-FEM作为数值分析进行裂纹生长分析。 PDS-FEM是一种分析技术，将分析目标分为与Voronoi区域结合的Denelui区域，将Voronoi区域的位移离散，而应变是Delnay地区位移的不同项。在Voronoi区域的边界上允许位移不连续性，使其适合裂纹生长分析。裂纹生长分析是通过引入接触元素来分析高阶PDS-FEM分析中的裂纹表面的，该裂纹表面通过采用高阶函数来提高分析精度以进行离散化。目的是通过比较通过实验获得的光弹性干扰条纹与分析结果复制的干扰条纹获得的光弹性干扰条纹，并建立一种可以再现Supersea骨折的分析方法。