概要

　構造物の応力解析に用いられている有限要素法（Finite Element Method:　FEM）の機能を拡張し、き裂に代表される構造物の損傷領域を有限要素メッシュと独立にモデル化することができる拡張有限要素法（eXtended FEM: XFEM）の研究開発を行っています。開発手法は、線形および非線形有限要素法に基づく汎用的な手法ですので様々な構造物の損傷進展解析に適用可能です。FEMや XFEM解析ソフトウェアを内製しており、ソースコードを基にカスタマイズ、機能拡張が可能です。

応用例

プラントに用いられる配管構造のき裂進展解析
軽量化構造として用いられるCFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics）補強板のはく離進展解析

今後の発展性

研究開発中のXFEMは、構造物の強度予測シミュレーションの高度化に大いに資することができると期待されています。

研究設備

LINUX計算サーバー、計算用PC
FEM解析プレポストプロセッサー

共同研究・外部機関との連携への期待

XFEMの非線形問題への適用、XFEMの積層複合材料構造の破壊問題への適用

関連特許・論文等

Wang, C., Nagashima, T., Damage propagation analysis of CFRP laminate by quasi-3D XFEM using hexahedral elements, Composite Structure, 316 (2023)117024.

Wang, C., Nagashima, T., Compression-After-Impact Test Analysis of CFRP Skin-Stringer Specimen by FEM using a Zig-Zag Type Cohesive Zone Model, Mechanical Engineering Journal Volume 9 Issue 3 Pages 22-00063(2022).

Nagashima, T., Wang, C., XFEM analyses using two-dimensional quadrilateral elements enriched with only the Heaviside step function, International Journal of Computational Methods, Volume No. 19, Issue No. 02, Article No. 2150063 (2022).

王, 長嶋: 準三次元XFEMを用いたCFRP積層板の準静的押し込み試験解析, 日本機械学会論文集, Vol.87, No.895 , No.20-00432 (2021).

Nagashima, T.: Three-dimensional crack analyses under thermal stress field by XFEM using only the Heaviside step function, Mechanical Engineering Journal, Volume 7 Issue 4 Pages20-00098(2020).

王, 長嶋: Zig-zag型結合力モデルを用いたFEMによるCFRP積層板の準静的押し込み試験解析, 日本計算工学会論文集 (2020) Paper No.20200009.

島崎, 長嶋: 結合力モデルを用いた準三次元XFEMによるCFRP積層板の損傷進展解析, 日本計算工学会論文集 (2017) Paper No.20170008.

Nagashima, T., Sawada, M.: Development of a damage propagation analysis system based on level set XFEM using the cohesive zone model, Computers and Structures. 174(2016)42-53.

長嶋, 澤田 : き裂先端要素を用いたXFEMによる二次元き裂解析,機論A, Vol. 78, No. 796, pp. 1642-1655 (2012) .

Nagashima, T., Suemasu, H.: X-FEM analyses of a thin-walled composite shell structure with a delamination, Computers and Structures,88, 549-557 (2010).

Nagashima, T.: Sloshing Analysis of a Liquid Storage Container using the Level Set X-FEM, Communications in Numerical Methods in Engineering, Vol.25, No.4, 357-379 (2009).

Nagashima, T., Suemasu, H.: Stress Analyses of Composite Laminate with Delamination using X-FEM, International Journal of Computational Methods, Vol.3 No4, 521-544 (2006).

【著作】

長嶋：計算破壊力学のための応用有限要素法プログラム実装, コロナ社(2021-3).

青木，長嶋（共著），設計技術者が知っておくべき有限要素法の基本スキル，オーム社（2018-11）.

長嶋：応力解析のための有限要素法理論とプログラム実装の基礎, コロナ社(2018-5).

長嶋、これだけ！有限要素法、秀和システム（2015-3).

末益、長嶋（共著）、円茂竹縄（作画）、オフィスsawa(制作)、まんがでわかる材料力学、オーム社（2012-1).

鈴木、長嶋、萩原(共著）「メッシュフリー解析法」丸善(2006-10).