Computational homogenization of soft composite plates and shells toward elucidating high-order geometrical pattern transformation

软复合材料板壳的计算均质化以阐明高阶几何图案变换

• 批准号: 22K14142
• 负责人: 松原 成志朗
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14142/
• 关键词: Isogeometric解析; 非圧縮固体; 軟質材料; 分岐座屈解析; 計算均質化法; 複合板; 分岐座屈

今年度は，当該研究の基軸となるIsogeometric解析手法に関して方法論の構築，およびプログラムの整備を行った．具体的には，（a）非圧縮・微圧縮性固体の応力・変形解析をロバストかつ精確に実施するためのB-spline基底関数を用いた再分割安定化法の構築と実装，および（b）軟質固体の高次幾何パターン変態機構を予測するためのIsogeometric解析手法に基づく分岐座屈解析法の実装に取り組んだ．（a）は，非圧縮・微圧縮性による数値計算の不安定性を解消するために，B-spline基底関数の再分割特性を活かし，解析モデルのメッシュや補間関数の次数を自由度ごとに変える方法である．本安定化法は，数値計算の数学的な安定性条件を満足し，実際に例題を通して，非圧縮・微圧縮性固体の応力・変形解析がロバストに実施可能であることを確認した．本手法によって当該研究に関係する軟質・生体材料のリアリスティックな材料挙動を考慮した応力・変形挙動の予測が可能になったといえる．現状，熱・機械連成問題への拡張も終えており，本成果は今年度に論文として国際誌へ投稿する予定である．一方，（b）では，硬質膜と軟質基盤からなる系を対象とし，圧縮負荷に対して誘起されるリンクルパターンを予測するためのIsogeometric分岐座屈解析法を実装した．本研究ではケーススタディを実施し，基底関数の高次化によって有限要素法よりも少ないメッシュ数で効率的に高精度な解を得ることができることを示した．得られた成果は，今年度に論文として国内誌に投稿する予定である．

今年，我们为等几何分析方法构建了方法论并开发了程序，这将成为本研究的核心。具体来说，我们将 (a) 使用 B 样条基函数构建并实现细分稳定方法，以稳健、准确地对不可压缩和微可压缩固体执行应力/变形分析，以及 (b) 我们致力于实现基于 B 样条基函数的分叉屈曲分析方法。基于等几何分析方法来预测软固体中高阶几何图案的变换机制。在(a)中，为了消除不可压缩性和微压缩性导致的数值计算的不稳定性，利用B-的细分特性，针对每个自由度改变解析模型的网格和插值函数的阶数。样条基函数是一种方法。这种稳定方法满足数值计算的数学稳定性条件，并且通过实例，我们证实可以稳健地进行不可压缩和微可压缩固体的应力和变形分析。可以说，该方法使得预测本研究中涉及的软材料和生物材料的应力和变形行为成为可能，同时考虑到实际的材料行为。目前，我们已经完成了对热机耦合问题的扩展，计划今年将这一成果作为论文提交给国际期刊。另一方面，在（b）中，我们实施了等几何分叉屈曲分析方法来预测由硬膜和软基材组成的系统的压缩载荷引起的皱纹模式。在本研究中，我们进行了案例研究，结果表明，通过增加基函数的阶数，可以比有限元方法用更少的网格有效地获得高精度解。所得成果将于今年以论文形式投稿至国内期刊。

项目成果

弾性体に誘起するクリースの発生と伝播の有限要素解析

弹性体折痕产生和传播的有限元分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Seishiro Matsubara;Akira Takashima;So Nagashima;Shohei Ida;Hiro Takana;Makoto Uchida;Dai Okumura;平川明莉，松原成志朗，永島壮，奥村大;松原成志朗，村松亮，永島壮，奥村大;松原成志朗，永島壮，伊田翔平，田中展，内田真，奥村大;松原成志朗，星亮吾，永島壮，奥村大
• 通讯作者: 松原成志朗，星亮吾，永島壮，奥村大

微圧縮非弾性材料の熱・機械強連成解析

微压缩非弹性材料的热力耦合分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Seishiro Matsubara;Akira Takashima;So Nagashima;Shohei Ida;Hiro Takana;Makoto Uchida;Dai Okumura;松原成志朗，村松亮，永島壮，奥村大
• 通讯作者: 松原成志朗，村松亮，永島壮，奥村大

過渡膨潤過程におけるポリアクリルアミドゲルの粘弾性特性評価

聚丙烯酰胺凝胶瞬态溶胀过程中粘弹性的评价

• 发表时间: 2022
• 作者: Seishiro Matsubara;Akira Takashima;So Nagashima;Shohei Ida;Hiro Takana;Makoto Uchida;Dai Okumura;平川明莉，松原成志朗，永島壮，奥村大;松原成志朗，村松亮，永島壮，奥村大;松原成志朗，永島壮，伊田翔平，田中展，内田真，奥村大
• 通讯作者: 松原成志朗，永島壮，伊田翔平，田中展，内田真，奥村大

2 層構造体のリンクル解析に対する Isogeometric 分岐座屈解析法の基礎的検討

两层结构皱纹分析等几何分叉屈曲分析方法基础研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Seishiro Matsubara;Akira Takashima;So Nagashima;Shohei Ida;Hiro Takana;Makoto Uchida;Dai Okumura;平川明莉，松原成志朗，永島壮，奥村大
• 通讯作者: 平川明莉，松原成志朗，永島壮，奥村大

TIME-SWELLING SUPERPOSITION PRINCIPLE FOR THE LINEAR VISCOELASTIC PROPERTIES OF POLYACRYLAMIDE HYDROGELS

聚丙烯酰胺水凝胶线性粘弹性性能的时间膨胀叠加原理

• 发表时间: 2023
• 期刊: Advanced Structured Materials
• 作者: S. Matsubara;A. Takashima;S. Nagashima;S. Ida;H. Tanaka;M. Uchida;D. Okumura
• 通讯作者: D. Okumura