フェーズフィールド法によるコンクリートのメゾスケールモデルの作成とその数値実験への適用

抄録

コンクリートに形成するひび割れは，材料としての強度特性に加えて，構造物の耐久性にも関係する重要な因子であるため，粗骨材がコンクリートに及ぼす影響を定量的に把握しておく必要がある．しかし，粗骨材の形状と分布を反映したコンクリートの3次元モデルを作成することが容易ではないため，メゾスケールにおけるコンクリートの3次元破壊シミュレーションを実施することができない．そこで本研究では，粗骨材の形状と分布を再現したコンクリートの3次元メゾスケールモデルの作成手法を提案する．具体的は，主に材料科学の分野において，材料の組織形成シミュレーションの手法として知られるフェーズフィールド法を応用することで，粗骨材の3次元形状をいくつでも自動生成可能とし，それらを3次元空間内にランダムに配置することで，疑似的にコンクリートの3次元メゾスケールモデルを作成する方法である．はじめに，フェーズフィールド解析により粗骨材の形状データを構成する方法と，それらを3次元空間内に配置する方法と手順について述べる．次に，実際のコンクリート断面との比較により，提案手法の妥当性を検証する．最後に，既存の解析手法を用いて，3次元破壊シミュレーションを行った例を示し，提案手法により作成されるメゾスケールモデルはコンクリートの数値実験に適用可能であることを例示する．