マルチスケール非線形破壊力学モデルと多重化学物理連成解析手法の構築

多尺度非线性断裂力学模型构建及多重化学物理耦合分析方法

• 批准号: 14J08761
• 负责人: 新宅 勇一
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J08761/
• 关键词: き裂進展; 結合力モデル; 有限被覆法; 損傷構成則; 水素脆化; 延性破壊; 結晶塑性構成則; マルチスケール; 結晶塑性; 粒界拡散

昨年度は、脆性破壊・延性破壊・疲労破壊・水素脆化を網羅的に表現可能な非線形破壊力学モデルを提案し、非線形破壊力学モデルによって表される微視的なき裂進展と巨視的な破壊力学パラメータを関連付けるマルチスケール解析手法を提示した。本年度は、き裂の任意箇所における発生と任意方向への進展を表現するために、破壊の初期段階から最終的な段階までをシームレスに可能な数値解析手法を提案した。具体的には、き裂進展に伴って新たな自由表面が形成される段階を、巨視的な材料剛性が低下する初期段階・新たな自由表面の形成に伴って応力が解放される中間的な段階・完全に自由表面が形成される最終的な段階と捉えたうえで、３つの段階を力学的に矛盾なく接続可能なシームレスき裂解析手法を構築した。まず、従来の損傷構成則から結合力モデルに矛盾なく移行できるき裂進展解析手法の構築を念頭に、物質点の材料挙動に運動学的な整合性を保ちながら結合力モデルを材料構成則に導入可能な結合力埋込型損傷構成則とその数値解析アルゴリズムを提案した。そして、提案した結合力埋込型損傷構成則と一般化有限要素法の一種である有限被覆法を用いて、材料剛性の低下から完全に自由表面が形成される段階を連続的に移行できるシームレスき裂進展解析手法を開発した。提案した損傷構成則と、新たに開発した有限被覆法を併用することで、材料剛性の低下からき裂面が完全に形成されるまでをシームレスにつなぐき裂進展解析が可能とした。以上の内容を、Quarterly Journal of The Japan Welding Societyおよび計算工学会論文集に投稿するとともに、国際学会3件と国内学会3件の発表を行った。

去年，我们提出了一种可以综合表征脆性断裂、延性断裂、疲劳断裂和氢脆的非线性断裂力学模型，并提出了关联参数的多尺度分析方法。今年，为了表达裂纹在任意位置的发生及其向任意方向的扩展，我们提出了一种数值分析方法，可以实现从断裂初始阶段到最终阶段的无缝分析。具体来说，由于裂纹扩展而形成新的自由表面的阶段分为宏观材料刚度降低的初始阶段和随着新的自由表面形成而释放应力的中间阶段。该分析方法可以将三个阶段无任何矛盾地机械连接起来，将最后阶段视为形成完全自由表面时的最后阶段。首先，为了创建一种可以从传统损伤本构定律无缝转换到内聚力模型的裂纹扩展分析方法，我们将内聚力模型转换为材料本构定律，同时保持与材料点处材料行为的运动学一致性我们提出了一种可引入的键嵌入损伤本构律及其数值分析算法。然后，利用所提出的内聚力嵌入损伤本构定律和有限覆盖法（一种广义有限元方法），我们可以从材料刚度下降无缝过渡到形成完全自由表面的阶段。开发了裂纹扩展分析方法。通过使用所提出的损伤本构定律与新开发的有限覆盖方法相结合，我们能够进行裂纹扩展分析，无缝连接从材料刚度下降到裂纹表面完全形成的过程。上述内容已提交至日本焊接学会季刊和计算工程学会会刊，并在3个国际会议和3个国内会议上做报告。

项目成果

有限被覆法による自動き裂進展解析

使用有限覆盖法进行自动裂纹扩展分析

• 发表时间: 2015
• 作者: 新宅勇一;村松眞由;高瀬慎介;森口周二;寺田賢二郎;堤成一郎;車谷麻緒
• 通讯作者: 車谷麻緒

An analysis of fatigue crack propagation in pollycrystalline metals using cohesive zone model with damage variable

使用具有损伤变量的内聚区模型分析多晶金属中的疲劳裂纹扩展

• DOI: 10.11421/jsces.2014.20140014
• 发表时间: 2014
• 期刊: Transactions of the Japan Society for Computational Engineering and Science
• 作者: Y. Shintaku;M. Muramatsu;S. Takase;S. Tsutsumi and K. Terada;新宅勇一，村松眞由，堤成一郎，寺田賢二郎，京谷孝史，加藤準治，森口周二
• 通讯作者: 新宅勇一，村松眞由，堤成一郎，寺田賢二郎，京谷孝史，加藤準治，森口周二

Cohesive Crack Model to Reflect Chemical Action at Grain and Its Boundaries in Polycrystalline Metals

反映多晶金属晶粒及其边界化学作用的内聚裂纹模型

• 发表时间: 2014
• 作者: Yuichi Shintaku;Mayu Muramatsu;Shinsuke Takase;Seiichiro Tsutsumi and Kenjiro Terada
• 通讯作者: Seiichiro Tsutsumi and Kenjiro Terada

埋込型結合力モデルを導入した損傷構成則

使用嵌入键力模型的损伤本构定律

• 发表时间: 2015
• 作者: 新宅勇一;村松眞由;高瀬慎介;森口周二;寺田賢二郎;堤成一郎
• 通讯作者: 堤成一郎

Cohesive-force embedded damage model and its application to crack propagation analyses

内聚力嵌入损伤模型及其在裂纹扩展分析中的应用

• DOI: 10.11421/jsces.2016.20160011
• 发表时间: 2016
• 期刊: Transactions of the Japan Society for Computational Engineering and Science
• 作者: 新宅勇一;寺田賢二郎
• 通讯作者: 寺田賢二郎