残留応力を伴う場でのカタストロフィック破壊の全過程を予測可能な数値解析手法の開発

开发一种可以预测残余应力场灾难性破坏整个过程的数值分析方法

基本信息

批准号：
20K14812
负责人：
廣部紗也子
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、構造物のカタストロフィックな破壊の全過程の詳細な予測のため、固体連続体の動的破壊進展過程における残留応力の解放と再分配を厳密に評価できる理論の確立、および「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「残留応力を伴う自己つりあい場での動的破壊進展」を同時に扱える動的弾塑性破壊進展解析手法の開発を行う。また、これらの理論と数値解析手法を用いて、本研究が提案する「残留応力を伴う自己つりあい場の僅かな乱れを引き金とする材料の動的破壊」が、ダメージが蓄積した構造物のカタストロフィックな破壊過程の支配的な要因であるという仮説の正否を検証し、新たな工学的知見を得る。今年度は解析コードのMPI化とスーパーコンピューターへの実装、「不均一な塑性変形による残留応力場の発生」と「動的破壊進展に伴う残留応力場の解放と再分配」を同時に扱う動的弾塑性破壊進展解析の理論的枠組みの構築と実装を行なった。解析コードのMPI化は前年度完成させていたものをブラッシュアップし、スーパーコンピューターへの実装も行なった。これにより、扱える計算規模が大幅に上昇した。また、「材料の塑性化に伴う応力変化と等価な節点力」および「不均一な塑性変形分布に対応する等価介在力」の定式化を行い、正準方程式に取り入れることで亀裂進展を伴う弾塑性体挙動のモデル化を実現した。このモデルに基づき、粒子離散化有限要素法(PDS-FEM: Particle Discretization Scheme Finite Element Method)に弾塑性構成則を組み込んだ実装を行うことで、動的弾塑性破壊進展解析を実現した。

本研究旨在建立一种能够严格评估固体连续体动态断裂扩展过程中残余应力释放和重新分布的理论，并发展一种精确预测结构灾难性破坏整个过程的理论。弹塑性断裂进展分析方法，可以同时处理均匀塑性变形产生的残余应力场和残余应力自平衡场中的动态断裂进展。此外，利用这些理论和数值分析方法，本研究提出“自平衡场中的轻微扰动伴随残余应力引发的材料动态断裂”可用于在累积损伤的结构中产生灾难。将验证这是动态断裂过程中的主导因素这一假设的有效性，并获得新的工程知识。今年，我们将把分析代码转换为MPI并在超级计算机上实现，我们将同时处理“由于不均匀塑性变形而产生的残余应力场”和“伴随着塑性变形的残余应力场的释放和重新分布”。构建并实施了弹塑性断裂演化分析的理论框架。我们改进了前一年完成的MPI分析代码，并在超级计算机上实现。这大大增加了可处理的计算规模。此外，我们还公式化了“相当于材料塑化过程中应力变化的节点力”和“相当于不均匀塑性变形分布的等效干预力”，并将它们纳入塑性模型的正则方程中。身体行为得以实现。基于该模型，通过实施结合弹塑性本构定律的粒子离散方案有限元法（PDS-FEM），实现了动态弹塑性断裂扩展分析。