光弾性と逆解析を用いた三次元応力場計測のための基礎的研究

利用光弹性和反分析测量三维应力场的基础研究

• 批准号: 13750439
• 负责人: 小國 健二
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750439/
• 关键词: 三次元応力場; 非破壊計測; 三次元光弾性; テンソル場トモグラフィー; 逆解析

本申請では,載荷に伴い材料内部に生じる応力場の時刻歴を非接触・非破壊で計測することを目的とし,光弾性の原理を用いた実験装置の開発と,実験結果を用いて三次元応力場を逆解析する手法の開発を試みた.本申請の初年度では,準静的に載荷される材料中で動的に破壊が進行する前の三次元応力場の計測・逆解析手法の開発を目指して研究を遂行した.特に,逆解析においてはテンソル場トモグラフィーという全く新しい手法を開発することを目指した.さらに本申請最終年度である本年度は計測のための実験装置の開発と超高速ビデオカメラによる動的載荷時の光弾性パターンの記録を行った.以下に研究実績をまとめる.研究手法は実験および解析からなる.実験では,材料を多方向から一定波長の光でスキャンし,載荷とともに変化する三次元応力状態に対応する光弾性パターンを,それぞれの入射方向について時系列画像データとして記録する.このための実験装置のプロトタイプの製作・動的現象計測の準備を終えた.解析においては,「材料内の応力状態の入射方向における射影を光路に沿って積分した情報」を反映する光弾性パターンの変化に基づいて材料内部の各点での応力状態の時刻歴を逆解析する手法を開発した.この手法はテンソル場トモグラフィーの特徴でもある強い非線形性を克服する手段として,応力増分に関する線型化を試みたものであり,従来用いられてきた手法とは本質的に異なるものである.この手法の適用により,任意の三次元応力場の非破壊計測が可能となる.本研究の成果のうち,特に逆解析手法に関してはInternational Journal (Mechanics of Materials)に掲載された.現在,実験データに基づく逆解析を遂行中であり,この結果に関してもInternational Journalに投稿予定の論文を執筆中である.

在此应用中，我们的目标是非接触式、非破坏性地测量材料内部因加载而产生的应力场的时间历程。我们尝试开发一种逆向分析应力场的方法。我们开发了一种测量和反分析准静态加载材料动态断裂前的三维应力场的方法，并进行了研究。在这次分析中，我们的目标是开发一种全新的方法，称为张量场断层扫描。此外，今年，即该应用的最后一年，我们将开发用于测量的实验设备，并使用超高速摄像机来研究光弹性图案研究结果总结如下。研究方法由实验和分析组成。实验中，用恒定波长的光从多个方向扫描材料，并随着载荷的施加而发生变化。与变化的三维应力状态相对应的光弹性图案被记录为每个入射方向的时间序列图像数据。我们已经完成了原型实验装置的制作和动态现象测量的准备工作，应力的时间历史。材料内部各点的状态根据光弹性图案的变化而反转，这反映了“通过对材料中的应力状态沿光路在入射方向上的投影进行积分而获得的信息”。我们开发了一种对此进行分析的方法。该方法尝试将应力增量线性化，作为克服张量场层析成像的强非线性特征的一种手段，并且与以前使用的方法有本质上的不同。 -任何三维应力场的破坏性测量成为可能。在这项研究成果中，特别是在逆分析方法方面，发表在Journal（Mechanics of Materials）上。目前，我们正在根据实验数据进行反演分析，并正在就此结果撰写论文，将提交给国际期刊。