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阿部, 孝弘 ; 橋本, 堅一 ; 矢富, 盟祥
概要:
In this paper, we investigate crack extension behaviors for a linear elastic body with a parallel interacting crack at the neighborhood of the main crack tip. We compute the energy release rate for all the crack tips at the onset of a
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main crack kinking : E integral is path independent even for a path containing a kinking crack tip and/or the interacting crack tips ; however, for such cases, the well-known J-integral is not path independent. As a result, assuming the isotropy of fracture toughness of the body and judging from the criterion based on the energy release rate, we find that there exist the relative positions of the interacting crack which promote or interrupt the straight extension of the main crack and which make the main crack jump to an extension of an interacting crack.
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Al Huda, Mahfudz ; 山田, 啓司 ; 上田, 隆司
概要:
The temperature of interface between a cutting tool and a chip in dry and wet turning is measured using two color pyrome
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ter with a fused fiber coupler. A translucent Alumina sintered under HIP (Hot Isostatic Pressing) is used as the cutting tool, and 0.45% carbon steel (S45C) is used as a workpiece. The water soluble fluid (Sunlight TC-800) is used as the cutting fluid, and is introduced onto the rake surface of the tool with a nozzle (diameter: 5 mm). The infrared rays radiated and transmitted through the translucent tool are accepted by an optical fiber, and separated to two optical fibers at fused fiber coupler. Each fiber leads the infrared ray, respectively, to two infrared detectors of different spectral sensitivity. Temperature is obtained by calculating the ratio of the output voltage from these two detectorS. The result obtained are as follows: (1) The technique developed is suitable for measuring the interface temperature between a cutting tool and a chip. (2) The interface temperature is highly affected by the cutting speed, and the temperature increases very rapidly with the increase of cutting speed. (3) The interface temperature reduced 30°C in the wet cutting. Finally, the temperature distributions on the cutting tool and the work material are analyzed by using a finite element method (FEM). Good agreement is obtained between the analytical results and the experimental ones.
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Oda, Juhachi ; Sakai, Shinobu ; Kemmochi, Satoru
概要:
金沢大学工学部
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Oda, Juhachi ; Sakai, Shinobu ; Kemmochi, Satoru
概要:
金沢大学工学部
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論文
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Han, Jing ; Yamazaki, Koetsu
概要:
金沢大学理工研究域機械工学系<br />The axial impact crushing behavior of square tubes with and without stiffeners are studied by Finite
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Element method, and comparisons of mean axial crushing force between numerical solutions and theoretical prediction as well as qualitative comparisons of folding patterns between numerical simulations and experimental observations are made and discussed. Based on the numerical analyses, maximization problems of dynamic crushing energy absorption of square tubes with and without stiffeners, respectively, are solved using the crashworthiness maximization technique for tubular structures which combined the techniques of design-of-experiment, response surface approximation as well as usual mathematical programming. In addition, the energy absorbing capability of cylindrical tubes and square tubes with and without stiffeners are also compared.
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論文 |
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Yamazaki, Koetsu ; Tsubosaka, Noriaki
概要:
金沢大学理工研究域機械工学系<br />A finite element formulation using the penalty function method to analyze exactly the junction of pl
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ate and shell built-up structures is suggested for an isoparametric shell element. The connectivity condition at the junction is added to the potential energy functional by the penalty parameter and the interpolating function of displacements. This formulation yields an integral-type stiffness matrix of the special junction elements, which can directly evaluate the surface tractions at the junction. The suggested technique is applied to the stress analyses of isotropic and laminated plates with several types of stiffeners, and the validity of the technique is discussed.
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尾田, 十八 ; Oda, Juhachi
概要:
研究は4ヶ年間にわたり実施され、次のような成果を得た。 1. 生体表面情報から硬組織の力学的挙動を推定する問題が、難解な逆問題であることを指摘し、その解法として生体解析の3次元有限要素法と最適化手法を組み合わせて理論的に解けることを示した。
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2. 3次元有限要素法を用いた生体硬組織の力学的挙動の解析法を示した。具体的にはCT画像情報を基にし、それに3次元CADシステムを適用して、汎用的な生体モデル構築法を確立した。次にこのような生体モデルに有限要素法解析システムANSYSを適用して3次元的な力学解析のできる方法を示した。 3. 2の手法を人工骨頭置換後の大髄骨における応力・ひずみ解析問題および仙骨全摘術後再建モデルの応力・ひずみ解析問題に適用し、その有効性を数値的および実験的にも確認した。 4. 2のシステムと最適化理論を利用して、生体軟組織と硬組織からなる3次元モデルに対し、それに作用している総荷重や変位から、それぞれの組織に作用している荷重分布を推定する方法を示し、その数値的検証を試みた。 5. 本研究の応用例として、創外固定された脛骨骨折部に修復状況を把握するための推定法を考えた。また、その有効性を数値計算と実験によって確認した。<br />The following results are obtained : (1) To estimate the mechanical behaviors of living hard tissue from the surface data is very difficult inverse problem. It is pointed out that the convenient 3-dimensional finite element method and the powerful optimization method are necessary. (2) The solid model to analyze the mechanical behaviors of living hard tissue is produced using the CT image data and CAD system. ANSYS program system of the 3-dimensional FEM is applied to the model and the heat and deformation values are analyzed in detail. (3) By using the analytical system proposed in (2), the stress evaluation problems of total hip prosthesis and reconstructed structure in total sacrectomy are analyzed. From the results, it is obvious that the proposed system is very useful for the practical medical problems. (4) By using the analytical system proposed in (2) and an optimization technique, an inverse problem for soft and hard bio-organization is analyzed. Moreover, as one of the practical inverse problems, the estimation method of bone healing level in tibia with external fixator is studied.<br />研究課題/領域番号:07405007, 研究期間(年度):1995–1998, 平成10(1998)年度 科学研究費補助金 基盤研究(A) 研究成果報告書の一部(概要)を掲載.<br />出典：「生体表面の動的熱・変位情報を用いた生体硬組織の力学的挙動の推定法」研究成果報告書 課題番号07405007 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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尾田, 十八 ; Oda, Juhachi
概要:
研究成果報告書は薄膜を有する積層体に力学的負荷や熱的負荷を与えそこに生ずる変形,ひずみ情報を用いて,薄膜の機械的特性を推定する方法論を記述したもので,次のような章構成と内容になっている. 1.薄膜の機械的特性評価法の現状と問題点. 薄膜の機
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械的特性を推定する手法として,これまで開発されている方法を分類し,それらが単独膜を利用するものと,積層膜を利用するものとに分けられること.さらにそれらが静的手法と動的手法に分けられることを示した.そして本研究が積層膜を用い,しかも力学的手段を応用する静的手法の1つであることを述べている. 2.薄膜構造の接触応力解析法とその応用. 薄膜積層体に剛体圧子を圧入・接触させ,その荷重や変形情報から薄膜の機械的特性のみを分離解析する方法論の提案をしている.まず薄膜積層体に剛体球が接触する場合の弾性接触理論を,ヘルツの接触論を応用する形で示している.次にその理論から,薄膜のヤング率とポアソン比を推定する具体的方法を示し,対応する実験も実施しその有効性を明らかにしている.また薄膜の弾性的特性のみでなく,その降伏点や硬化率等の弾塑性的特性についても,薄膜積層体の弾塑性FEM解析手法を用いて行う試みを示している. 3.薄膜構造の曲げ変形解析法とその応用. 薄膜積層体に曲げ変形を与え,そのたわみ量を測定して,薄膜のみの機械的特性を分離推定する方法を提案している.まず薄膜積層板に温度変化を与えたときの曲げ変形量を求める式を導出し,これから薄膜のヤング率と線膨張係数を推定する具体的方法を示している.さらにこれに対応した実験も試み,その有効性を明らかにしている.また薄膜積層体の曲げ理論をプリント基板等の強度評価に用いうることも示している.<br />Theoretical and experimental techniques to estimate mechanical properties of thin films are studied. The studies are summarized as follows :(1)By appplying the Hertzian contact theory and assuming a stress field in the film-coated body, an approximate solution of elastic contact problem between film-coated bodies is proposed. By using the solution, a technique to estimate Young's modulus and Poisson's ratio of thin films is proposed and applied to an experimental model.(2)A technique to estimate Yielding point and work hardening ratio of thin films is proposed using the elasto-plastic finite element method.(3)The bending theory of a muti-laminate subjected to thermal load is proposed. By using this theory, Young's modulus and Poisson's ratio of thin films are estimated and compared with the corresdponding experimental values.<br />研究課題/領域番号:04452121, 研究期間(年度):1992–1994, 平成6(1994)年度 科学研究費補助金 一般研究(B) 研究成果報告書の一部(概要)を掲載.<br />出典：「多層体の接触論を利用した薄膜の機械的特性評価法に関する研究」研究成果報告書 課題番号04452121(KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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尾田, 十八 ; Oda, Juhachi
概要:
2ヶ年間にわたる本研究の成果は、理論、実験の両面に分けられ、かつそれらを研究分担者と対応づけて要約すれば、次のようになる。1.理論研究(1)IC基板の強度的問題点の把握 尾田は実用IC基板の破損や破壊がどのような環境下で生ずるものであるが、
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またそれらの破損、破壊の発生場所いや力学的条件について、多くの企業情報をもとに明らかにした。(2)IC基板の応力・ひずみ解析用有限要素法とその応用 尾田は接着構造体が熱負荷を受けるときの応力場を3次元的に簡便に求める有限要素法を考案した。さらにそれを山崎、坂本らは2層のみでなく、任意のn層が3次元的に複雑に複合している多層体へも拡張できることを示した。このような理論を用いて、実用的プリント基板の回路形状や膜厚の変化が回路応力に及ぼす影響およびレジンモ-ルドされたIC基板における詳細な応力分布が解析された。そしてその結果から回路の破損、破壊防止策が種々検討された。 2.実験研究(1)基板用薄膜の機械的特性評価法の研究 北川、門前らはIC基板に用いられている薄膜の機械的特性がバルク材から予測されるものと異なる点に注目し、それら特性を正確に求める試験法を薄膜のみで行うものと、薄膜と基板から成る2層材で行う方法とに分けて考究した。(2)IC基板モデルの熱応力・ひずみ測定実験と評価 木田・坂本らはCu-高分子材からなる拡大IC基板モデルを作製し、これに各種の熱負荷を与え、その回路各部に生ずる熱ひずみを高温ひずみゲ-ジ法によって測定した。またその結果を先の理論研究(2)でのFEM解析結果と比較して両手法の妥当性を評価した。 Experimental and theoretical techniques to the thermal stresses of electronic circuit boards and to prevent the board fractures are studied. The studies are summarized as follows : (1) The fracture conditions of the practical electronic boards such as the printed electronic circuit boards and IC boards are analyzed in the viewpoints of board shape, material composition and dynamical load conditions (2) The numerical technique to analyze the thermal stresses and strains of electronic circuit boards is proposed by using the special finite element method. The method is the application technique to analyze the adhesive bonded structure. By using the technique, the thermal stress and strain distributions of several electronic circuit boards are analyzed three-dimensionally. (3) The models simulating the practical electronic circuits are used to analyze experimentally the thermal strain distributions. The results are compared with the theoretical results by the finite element method.<br />Experimental and theoretical techniques to the thermal stresses of electronic circuit boards and to prevent the board fractures are studied.The studies are summarized as follows :(1) The fracture conditions of the practical electronic boards such as the printed electronic circuit boards and IC boards are analyzed in the viewpoints of board shape, material composition and dynamical load conditions(2) The numerical technique to analyze the thermal stresses and strains of electronic circuit boards is proposed by using the special finite element method. The method is the application technique to analyze the adhesive bonded structure. By using the technique, the thermal stress and strain distributions of several electronic circuit boards are analyzed three-dimensionally.(3) The models simulating the practical electronic circuits are used to analyze experimentally the thermal strain distributions. The results are compared with the theoretical results by the finite element method.<br />研究課題/領域番号:63460077, 研究期間(年度):1988–1989, 平成1(1989)年度 科学研究費補助金 一般研究(B) 研究成果報告書の一部(概要)を掲載.<br />出典：「IC基板の応力・ひずみ解析法とその回路破損防止に関する研究」研究成果報告書 課題番号63460077 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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矢富, 盟祥 ; Yatomi, Chikayoshi
概要:
1.円柱供試体の分岐解析と伸張圧縮せん断実験との比較有限変形を考慮した共軸・非共軸Cam-clayモデルにおいて円柱供試体の分岐解析を行い限界荷重や分岐モードの厳密解を得た.その結果,非共軸モデルの場合,圧縮試験の場合は,実験事実同様ほとん
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ど同一の限界荷重で種々の変形モードが可能であり,伸長試験の場合は,上下対称な軸対称くびれモードの分岐荷重が最も小さく,そのモードのみが発現するなどの実験事実の解明が出来た.特に高次のモードにおいては,せん断ひずみが最大になる箇所が供試体側面近傍で周期的に存在することから,円柱表面近傍において網目状のすべり面群が発生する実際現象が解明できた.なお,共軸モデルでは実際の実験でしばしば観察される軸対称バルジ変形などの分岐解が存在せず,非現実的なモデルである事から,地盤のすべり機構を解明するための土質の弾塑性構成式には非共軸性の導入が不可欠である事が判明した.2.陰解法によるCam-clayモデルの土・水連成有限要素法の開発陽解法による有限要素法解析では,精度の良い解を得る事が不可能であることから,計算時間も早く,軟化,不安定状態になっても,解が絶対収束するリターンマップを用いた陰解法による土・水連成有限要素法プログラムの開発を行った.3.非適合要素を用いた有限要素法プログラムの開発とその精度の検証地盤のすべり機構を解明する基礎研究として,まず軟化する損傷モデルや弾塑性モデルにおいて,変位の不連続面を要素内に組み込んだ非適合要素を採用し,解のメッシュ依存性が無いすべり面の生成・進展過程を追跡可能な有限要素法プログラムの開発を行った.しかしながら,現在までこの非適合要素を採用した研究には,その解の精度の検証は皆無であった.そこで,研究代表者が考案した経路独立なE積分を利用し上記解法の精度の検証を行った.その結果,非適合要素を用いた解析は非常に精度が良いことが立証できた.<br />1) Bifurcation Analysis in a Circular Cylinder of Coaxial and Non-coaxial Cam-clay Models. We obtain the exact solutions for all diffuse modes under symmetric and anti-symmetric deformation for coaxial and non-coaxial Cam-clay model., We find that, for a non-coaxial model, the bifurcation loads for all modes exist and nearly equal for a compressive test; however, the load for an extended test takes its minimum in a - constriction mode. These results agree well with the experimental deformation pattern of saturated clays. We then find that for a non-coaxial model, judging from the distributions of the maximum strain, the predicted net-like slip planes agree well with the observed slip pattern in the compressive test of clays. We find also, for a coaxial model, the bifurcation load for an ax symmetric bulging mode, which is often observed in the experiments, does not exist. This shows that the non-coaxial terms are indispensable to investigate the landslip.2) Finite Element Method Analysis of Soil/Water Couping Problems using an Implicit Calculation Algorithm. We develop a new method of implicit, finite element analysis of soil / water coupling problems in a well-known Cam-clay model. The implicit return mapping scheme is based on the elastic predictor and the plastic corrector. Some examples of the implicit method show the high accuracy and much reducing the total CPU time.3) Finite Element Analysis with the Incompatible Elements and the Examination of the Accuracy. As a basic research on the landslip, we developed a strong discontinuity finite element analysis with the displacement discontinuity inside the elements, which solutions are mesh-independent. We then estimate the method by means of verifying the accuracy of the fracture energy by using the E-integral. As a result, we find that the strong discontinuity analysis is high accurate in view of the fracture energy.<br />研究課題/領域番号:11450181, 研究期間(年度):1999-2001<br />出典：「分岐理論および非適合要素を用いた有限要素法による地盤のすべり機構の解明」研究成果報告書 課題番号11450181(KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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