3D プリンタを用いた鉄筋コンクリートに形成するひび割れの3次元可視化

抄録

鉄筋コンクリートには，大小様々なひび割れが発生する．大きいひび割れは構造物の力学性能を低下させ，たとえ目に見えない小さなひび割れであっても，水やイオンの移動経路となり，鉄筋を腐食させるため，構造物の耐久性を低下させる．鉄筋コンクリートに生じるひび割れは3次元的に発生・進展を繰り返すため，実験的にも，解析的にも，精度よく捉えるのが困難という問題がある．鉄筋コンクリートに発生・進展するひび割れの3次元幾何形状を精度よく再現し，その結果をわかりやすく可視化することができれば，損傷状態の直観的な理解や，複雑な力学機構の解明に役立つと考えられる．　

本論文では，物理シミュレーションを用いて，鉄筋コンクリート内部に形成するひび割れ進展挙動を3次元で詳細に再現し，その3次元幾何形状を3Dプリンタを用いて立体的に造形化する方法を提案する．物理シミュレーションには，破壊力学に基づく損傷モデルを用いて，著者らが既往の研究で開発した手法を用いる．本研究の新規性および可視化の特徴は，空気の部分に当たるひび割れを立体的に具現化し，通常は見えない部材内部のひび割れ進展挙動まで3次元で詳細に造形化する点にある．　

第2節では，本研究で用いる物理シミュレーションの定式化について示す．第3節では，鉄筋コンクリートの引張と曲げに関する問題を対象に，部材内部および鉄筋まわりに進展するひび割れを再現し，3Dプリンタを用いてひび割れの3次元幾何形状を造形化した例を示す．最後に，本研究の総括を行い，課題と今後の予定について述べる．