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.

在此应用程序中，我们尝试使用光弹原理开发实验装置，并使用实验结果开发一种用于对三维应力场的反相反分析的方法。在本应用的第一年，我们进行了研究，目的是开发一种方法，用于测量和反比分析三维应力场，然后在准稳定的材料中动态断裂进行之前。特别是，我们旨在开发一种称为Tensor田间层析成像的全新方法。此外，今年是该应用程序的最后一年，我们开发了一种实验设备，用于使用超高速度摄像机在动态加载过程中进行测量和记录的光弹性模式。研究结果总结为下面。研究方法包括实验和分析。在实验中，用多个方向的恒定波长扫描材料，并随载荷而变化。与要转换的三维应力状态相对应的光弹性模式记录为每个事件方向的时间序列图像数据。我们已经完成了实验装置原型的制备，并为动态现象测量做准备。在分析中，我们开发了一种基于光弹性模式的变化而反映材料内部每个点的应力状态的时间历史的方法，该光弹性模式反映了“将应力状态在沿材料沿光路径内的事件方向放映的信息”。该方法试图将应力增量线性化作为克服张量场层析成像特征的强非线性的一种手段，并且与常规方法基本不同。该方法允许对任何三维应力场的无损测量。特别是这项研究的结果，反向分析方法是国际的。它发表在《杂志》（材料力学）上。当前，正在进行基于实验数据的逆分析，结果也在国际杂志中写入。