可変正則化パラメータを用いた phase-field 延性破壊モデル

• Published in: 日本計算工学会論文集 Vol. 2020; p. 20200005
• Main Authors: 西, 紳之介, 高田, 賢治, 大宮, 正毅, 韓, 霽珂, 村松, 眞由, 森口, 周二, 生出, 佳, 小林, 卓哉, 村田, 真伸, 寺田, 賢二郎, 小川, 賢介
• Format: Journal Article
• Language: Japanese
• Published: 一般社団法人 日本計算工学会 15.04.2020
• Subjects: Crack propagation; Ductile fracture; Length parameter; phase-field
• ISSN: 1347-8826
• DOI: 10.11421/jsces.2020.20200005

近年，亀裂・進展の解析手法の一つとして，phase-field破壊モデルが注目を集めている．phase-field脆性破壊モデルは既に多くの実績が報告されている一方で，延性材料を適切に表現するphase-field破壊モデルは発展途上である．phase-field破壊モデルにおいて，拡散き裂の幅を表す正則化パラメータは破壊開始の制御に用いられ，これが大きいほど破壊開始が早くなる．これは正則化パラメータが大きい場合には，その分だけき裂近似領域も大きくなるため，1に近いphase-fieldパラメータの分布も拡大し，それに応じて荷重--変位関係のピーク値が小さくなることが原因として考えられる．本研究では，正則化パラメータの性質を考慮し，通常は定数として扱われる正則化パラメータの代わりに，蓄積塑性ひずみの大きさに応じて変化する可変正則化パラメータを提案する．これにより，塑性域と正則化パラメータによって規定されるき裂周辺の損傷域が関連づけられ，塑性変形の影響を考慮した損傷の計算が可能となる．提案モデルの表現性能を調査するためにいくつかの解析を行った．可変正則化パラメータの導入により，塑性変形の進行とともにき裂周辺の損傷域が大きくなる傾向が捉えられ，弾性域から塑性域を経てき裂に発展するといった遷移過程に特徴づけられる延性破壊を表現できることを確認した．ベンチマーク問題の解析等の数値解析を通して，き裂の進展方向を適切に予測できること，および可変正則化パラメータを介して延性の制御が可能になることを例示した．また，金属供試体を用いた実験の再現解析では，実験結果と整合する結果が得られることも確認した．