多凸性ひずみ関数を用いた異方性超弾性モデルの開発と衣服圧シミュレーションへの応用

使用多凸应变函数开发各向异性超弹模型及其在服装压力模拟中的应用

• 批准号: 20860068
• 负责人: 田中 真人
• 金额: $ 2.01万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20860068/
• 关键词: 異方性超弾性モデル; 非線形有限要素法; 衣服圧シミュレーション; 接触解析; 非線形材料モデリング; 有限変形

本研究では,有限変形を前提とし,かつ解の安定性を厳密に考慮した数学モデルとして,多凸性ひずみエネルギー関数を用いた異方性超弾性体モデルを開発し,また,本モデルの応用として,縦糸と横糸から成る衣服の材料モデリングへ適用し,衣服圧シミュレーションシステムの構築を行った.本シミュレーションシステムは,衣服の快適性すなわち着心地に寄与する衣服の構造とメカニズムについて明らかにすることを目的とし,その解析方法の一つとして衣服圧の力学的特質に主眼を置いた本研究では,ファイバー間の相互作用を考慮した多凸性ひずみエネルギー関数を用いた異方性超弾性体モデルを開発・実装し,衣服の材料モデリングへと適用した.本材料モデルを用いて,3次元シミュレーションによる衣服圧の正確な予測を行い,これに必要な物性の測定法と衣服材料モデリングおよび大変形・非線形解析手法を検討した.衣服圧の測定データは,日本人20代女性の平均体型を模したマネキンを用いた衣服圧の計測システムから取得した.本システムではエアーバック方式の感圧計を用いて計測を行った,本実機による計測では,ピンポイントの計測は可能であるが,人体にかかる衣服圧全体の分布を把握することは難しい.そこで,本実機の計測の欠点を補うため,非線形有限要素法を用いた計算機シミュレーションを実施し,立位状態での着衣時の衣服圧分布を予測した.布地の力学的特性に対する応力とひずみの関係からひずみエネルギー関数を定式化した.本材料モデルの材料定数を同定するため,衣服圧の計測で用いた衣服の布を試験片として切り取り,布の引張荷重と伸張の関係を測定した.測定データと合致するようにフィッテングを行い,本材料モデルのパラメータを決定した.本シミュレーションシステムが衣服の最適設計の構築の一助となり,衣服造形分野へ与える影響は大きいものと考える.

在这项研究中，基于有限变形的前提并严格考虑到溶液的稳定性，开发了使用多核菌株菌株能函数的各向异性超弹性体模型。此外，作为该模型的应用，我们将其应用于由经线和纬线组成的衣服的材料建模，并构建了服装压力模拟系统。该仿真系统旨在阐明服装的结构和机制，这些衣服有助于服装的舒适性，即舒适，这项研究的重点是服装压力的机械性能作为分析方法之一，并使用多弹性的超弹性身体模型，使用多弹性型体模型来实现型号的相互作用。使用此材料模型，使用三维模拟对服装压力进行准确的预测，以及所需的物理特性的测量方法，以及大型变形和非线性分析方法。服装压力的测量数据在日本，这是从模拟20多岁女性平均身体形状的男子压力测量系统中获得的。该系统是使用空气背压敏化器测量的。这台机器可以进行精确测量，但是很难掌握施加到人体的衣服压力的总体分布。因此，为了补偿该机器测量值的缺点，使用非线性有限元方法进行计算机模拟，以预测在站立位置佩戴时服装压力的分布。织物用于预测磨损时服装压力的分布。应变能函数是根据应力与机械性能应变之间的关系提出的。为了识别该材料模型的材料常数，用于测量服装压力的衣服的布被切成标本，并测量了拉伸负荷与织物拉伸之间的关系。进行拟合以匹配测量数据，并确定该材料模型的参数。该仿真系统将有助于构建服装的最佳设计，并对服装设计领域产生很大的影响。

项目成果

Anisotropic Hyper-Elastic Material Model for the Mechanical Behaviour of Cloth using Polyconvex Strain Energy Function

使用多凸应变能函数计算布料机械行为的各向异性超弹性材料模型

• 发表时间: 2008
• 作者: 西岡尚子;伊丹絵美子;野田茂;田中友章;田中 真人
• 通讯作者: 田中 真人

ANISOTROPIC HYPER-ELASTIC SHELLS USING POLYCONVEX STRAIN ENERGY FUNCTION WITH APPLICATION TO MECHANICAL CLOTH BEHAVIOUR

使用多凸应变能函数的各向异性超弹性壳及其在机械布行为中的应用

• 发表时间: 2008
• 作者: 田中友章;入江正之;伊丹絵美子;田中 真人
• 通讯作者: 田中 真人

多凸性ひずみエネルギー関数を用いた異方性超弾性シェル要素の開発

使用多凸应变能函数开发各向异性超弹性壳单元

• 发表时间: 2008
• 作者: 篠原隆宏;伊丹絵美子;野田茂;田中 真人
• 通讯作者: 田中 真人

ファイバー角の変化を考慮した多凸性異方性ひずみエネルギー関数の開発

考虑纤维角度变化的多凸各向异性应变能函数的发展

• 发表时间: 2008
• 作者: M.Takahashi;N.Hara;H.Kokame;K.Konishi;伊丹絵美子;田中友章;田中 真人
• 通讯作者: 田中 真人