乾燥破壊現象における亀裂パターン形成の数値解析

干断裂现象中裂纹模式形成的数值分析

• 批准号: 17J00574
• 负责人: 廣部 紗也子
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00574/
• 关键词: パターン形成; 数値解析; 破壊現象; マルチフィジックス

本研究は、乾燥収縮および熱応力による亀裂の形成・進展の全過程の予測・制御手法を確立することを目的とする。具体的には「拡散現象による亀裂パターン形成」の解析手法としての一般化を図ることで、提案手法が亀裂の進展予測・制御のためのツールとなることを示す。本年度は、昨年度提案した乾燥破壊現象に対する解析手法を熱拡散および動的破壊にまで拡張し、「拡散現象による残留応力場の発生と亀裂パターン形成」の解析手法としての一般化を図った。そのため、熱拡散による材料変形の影響の解析コードへの組み込み、拡散によって発生する残留応力場内での動的破壊の理論的枠組み・解析コードの構築を行った。理論および解析コードの妥当性確認のため、熱拡散による残留応力場内での準静的亀裂進展について解析を行った。既存の実験において、ヒーターで熱したガラス板を端部より水槽で冷却することで、準静的亀裂進展が観察されている。このとき、ヒーターと水槽の温度差・冷却速度・板サイズなどのパラメータの変化により、亀裂形状が直進・蛇行・分岐と遷移する。本年度の解析では、パラメータを変化させることで、実験で観察される全ての亀裂形状とその遷移過程まで再現することができた。さらに、残留応力場内の動的破壊に関する理論および解析手法の妥当性を確認するため、残留応力場を有する強化ガラスの動的破壊パターンの解析を行った。強化ガラス板中の亀裂は残留応力場パターンに応じた亀裂パターンを形成する。本年度は、動的破壊過程における残留応力場の解放と再分配および弾性波が亀裂進展に及ぼす影響を厳密に評価するため、新たな数理モデルを構築し適切な離散化を施すことで、残留応力場内の動的破壊進展の解析を可能にした。以上により、本研究が提案する「拡散現象による亀裂パターン形成」に関する理論および解析手法の妥当性が確認された。

本研究的目的是建立一种预测和控制由于干燥收缩和热应力引起的裂纹形成和扩展整个过程的方法。具体来说，通过推广“由于扩散现象而形成裂纹模式”的分析方法，我们表明所提出的方法可以作为预测和控制裂纹扩展的工具。今年，我们将去年提出的干断裂现象的分析方法扩展为包括热扩散和动态断裂，并旨在将其推广为“由于扩散现象而产生残余应力场和裂纹图案”的分析方法。 '因此，我们将热扩散引起的材料变形的影响纳入到分析代码中，构建了扩散产生的残余应力场内动态断裂的理论框架和分析代码。为了证实理论和分析代码的有效性，我们分析了由于热扩散而在残余应力场中的准静态裂纹扩展。在现有的实验中，通过从边缘冷却在水浴中被加热器加热的玻璃板，观察到了准静态裂纹扩展。此时，由于加热器与水箱之间的温差、冷却速率、板材尺寸等参数的变化，裂纹形状由直形变为蜿蜒形，再变为分支形。在今年的分析中，通过改变参数，我们能够重现实验中观察到的所有裂纹形状及其转变过程。此外，为了证实残余应力场动态断裂理论和分析方法的有效性，我们对残余应力场钢化玻璃的动态断裂模式进行了分析。钢化玻璃板中的裂纹根据残余应力场图案形成裂纹图案。今年，为了严格评估动态断裂过程中残余应力场的释放和重新分布以及弹性波对裂纹扩展的影响，我们将构建新的数学模型并进行适当的离散化来评估残余应力场。这使得在现场分析动态断裂进展成为可能。上述结果证实了本研究提出的“扩散现象形成裂纹模式”理论和分析方法的有效性。

项目成果

Numerical Simulation of Riedel Shear in Surface Earthquake Faults

地表地震断层里德尔剪切的数值模拟

• 发表时间: 2018
• 作者: Sotaro Katayama;and Toshiyuki Ohtsuka;Sayako Hirobe and Kenji Oguni
• 通讯作者: Sayako Hirobe and Kenji Oguni

Numerical analysis for fracture process in thin plate of thermally tempered glass with in-plane stress distribution

面内应力分布热钢化玻璃薄板断裂过程数值分析

• 发表时间: 2018
• 作者: Hidetoshi Tokumasu;Haruka Ii;Kyohei Noguchi;Tomomi Yagi;Hiromichi Shirato;Sayako Hirobe and Kenji Oguni
• 通讯作者: Sayako Hirobe and Kenji Oguni

剛飛翔体の衝突による破壊現象の数値解析

刚性飞行物体碰撞破坏现象的数值分析

• 发表时间: 2017
• 作者: 廣部 紗也子;貝原 悠希;中釜 裕太;中田 達也;小國健二
• 通讯作者: 小國健二

Numerical analysis for the pattern formation in diffusion-induced cracks

扩散引起的裂纹模式形成的数值分析

• 发表时间: 2017
• 作者: Sayako Hirobe;Kenji Oguni
• 通讯作者: Kenji Oguni