研究内容RESEARCH CONTENT
時間領域有限差分法(FDTD法)を用いたマイクロポーラー弾性体中の波動伝搬に関する研究
コンクリート、複合材、多結晶金属などの構造用材料や骨などの生体材料は、 材料内部に繊維状、粒状、格子状などの微視構造を有しています。 しかし、従来の連続体理論である古典弾性論は、材料の微視構造を無視して成り立っています。 さらに、微視構造を有する材料中の波動伝搬は、弾性波の波長が微視構造と同程度の場合には、 微視構造の回転の影響を無視することができないと言われています。そこで、 微視構造を持つ材料の力学挙動を連続体近似する手法の一つであるマイクロポーラー弾性論に着目し、 マイクロポーラー弾性体中の波動伝搬挙動を解明するため、研究を行っています。 2次元マイクロポーラー弾性体の面内波動問題では縦波(P wave)、横波(S wave)に加え、 微視構造の回転によって微視回転波(M wave)と呼ばれる新たな波動が存在し、上図は3種類の波動の解析結果を示しています。
動弾性有限積分法(EFIT)を用いた異方性材料中の波動伝搬に関する研究
近年,異方性材料を,土木構造物や機械構造物に使用する機会が増えています. しかしながら,そのような異方性材料中では,超音波は,音響異方性を示すため,等方性材料のようにわかりやすく伝搬しません. そのため,超音波(弾性波)が異方性材料中でどのように伝搬するかを理解しておく必要があります. 例えば,上の写真ではグラファイトエポキシ中のqP波(擬似P波), qS1波(擬似横波)等が試験体上中央からどのように伝搬するかを EFIT(Elastodynamic Finite Integration Technique)を用いて可視化した図です. この場合,いずれの波動も同心円状に伝搬せずに,右上で求めた群速度曲線に従って,波動が伝搬している様子がわかります. そのため,異方性材料中の欠陥を超音波で検査する場合は,波動伝搬特性を考慮して欠陥形状再構成しなければ,欠陥再構成結果に誤差を生じかねません.
ボクセル有限要素法を用いた弾性波動解析に関する研究(イメージベースモデリング)
有限要素法は,境界要素法に比べて非均質材料を対象とした解析に向いています. 3次元解析のような比較的大規模な計算も境界要素法に比べて実行しやすい場合があります. このような性質を考慮し,非均質で閉じた領域を対象とした波動解析に有限要素法を用いる研究を行っています. ３次元有限要素メッシュは,Ｘ線ＣＴにより撮影された複数の断面画像を積層することで作成しています. Ｘ線ＣＴ画像の１画素を,有限要素法の１要素(ボクセル)に対応させ,入力データを作成し,コンクリート中の骨材や空隙による超音波の散乱問題を解析した例が上の図です.
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