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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14812/
• 关键词: 動的破壊解析; 残留応力; 弾塑性解析; 計算力学; 破壊解析; 数値計算; 動的破壊解析; 残留応力; 弾塑性解析; 計算力学; 破壊解析; 数値計算

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。

这项研究旨在建立一种理论，该理论可以严格评估固体连续体动态断裂发育过程中残留应力的释放和重新分布，并开发出一种动态弹性塑性裂缝发育分析方法，该方法可以同时处理“生成由于无均匀的可塑性压力而导致的残留压力，而将残留的压力与“自动效果”领域相关性，并在自动范围内进行自动效应。此外，使用这些理论和数值分析方法，我们可以验证这项研究提出的假设的正确性和不确定性，即“动态破坏材料会受到残留压力的轻微干扰触发的材料的动态破坏”是残余压力的主要干扰，这是灾难性结构的主要因素，是累积结构的灾难性骨折过程，并获得了新的工具知识。今年，我们为动态弹塑性断裂开发分析构建并实施了理论框架，该框架同时处理了超级计算机中分析代码的创建和实施，“生成由于动力易变性易变性易变的释放和重新分布的残留压力场而引起的残留应力场，并重新分布。分析代码通过刷牙将去年完成并在超级计算机上实施的分析代码转换为MPI。这导致可以处理的计算规模显着增加。此外，通过制定“与材料增塑相关的应力变化”和“等效的中间力相对应对应于非均匀塑性变形分布”的应力变化，我们实施了与裂纹生长的弹性塑性体行为的制定。基于此模型，通过实施颗粒离散方案有限元法（PDS-FEM）来实现动态弹塑性断裂演化分析，并结合了弹性塑性构的定律。