Research and development of new structural system with multiple functions by introducing nanotechnology and bioscience

• Project/Area Number: 15H04207
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Naval and maritime engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Sato Motohiro 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00344482)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島 弘幸 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40312392)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2017: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2016: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2015: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 構造力学 / 構造・機能材料 / 座屈 / 生物形態模倣 / カーボンナノチューブ / 座屈変形

Outline of Final Research Achievements

This study proposes new structural systems with multiple functions by introducing nanotechnology and bioscience. To achieve the purpose of this study, we have investigated (1) the novel structural behaviours of "carbon nanotubes" and (2) the new structural biomimetical design concept based on the example of "bamboo".

Research Products

• [Int'l Joint Research] 仁川大学校(韓国)
• [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)
• [Int'l Joint Research] 仁川大学校/朝鮮大学校(韓国)
• [Journal Article] Bamboo-inspired optimal design of functionally graded hollow cylinders (2017)
  • Author(s): M. Sato, A. Inoue and H. Shima
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 12 Issue: 5 Pages: e0175029-e0175029
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0175029
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Universal node distribution in three bamboo species (Phyllostachys spp.) (2017)
  • Author(s): Inoue, A., Tochihara, S., Sato, M. and Shima, H.
  • Journal Title: Trees -Structure and Function- Volume: 31 Issue: 4 Pages: 1271-1278
  • DOI: 10.1007/s00468-017-1546-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cross-sectional Deformation in Multi-walled Carbon Nanotubes under Hydrostatic Pressure (2017)
  • Author(s): M. Sato, Y. Yachi, I. Koike, H. Shima and Y. Umeno
  • Journal Title: Solid State Phenomena Volume: 258 Pages: 65-68
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.258.65
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Atomistic Model Analysis of Buckling Behavior of Compressed Carbon Nanotubes (2017)
  • Author(s): Y. Umeno, M. Sato, H. Shima and M. Sato
  • Journal Title: Solid State Phenomena Volume: 258 Pages: 61-64
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.258.61
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] OPTIMAL STRUCTURAL PROPERTIES OF CYLINDRICAL STRUCTURES LEARNING FROM MORPHOLOGY OF WILD BAMBOOS WITH PECULIAR NODES AND VASCULAR BUNDLES (2016)
  • Author(s): 佐藤太裕，谷垣俊行，佐藤諭佳，島 弘幸，井上昭夫
  • Journal Title: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM)) Volume: 72 Issue: 2 Pages: I_25-I_34
  • DOI: 10.2208/jscejam.72.I_25
  • NAID: 130005311786
  • ISSN: 2185-4661
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Self-adaptive formation of uneven node spacings in a wild bamboo (2016)
  • Author(s): H. Shima, M. Sato and A. Inoue
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 93 Issue: 2 Pages: 022406-022406
  • DOI: 10.1103/physreve.93.022406
  • NAID: 120005722552
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 竹の組織配列に学ぶ複合円筒構造の応力負担最適化に関する考察 (2018)
  • Author(s): 齋藤 太郎
  • Organizer: 土木学会北海道支部平成29年度年次技術研究発表会
• [Presentation] Stone-Wales欠陥を有した単層カーボンナノチューブの静水圧荷重下における座屈挙動解析 (2018)
  • Author(s): 鎌田 弥成
  • Organizer: 土木学会北海道支部平成29年度年次技術研究発表会
• [Presentation] 剛性の傾斜分布にみる竹の力学的最適化戦略 (2017)
  • Author(s): 宮川 奨
  • Organizer: 第21回応用力学シンポジウム
• [Presentation] 静水圧荷重下におけるStone-Wales欠陥を有するCNTの特異な断面変形性質 (2017)
  • Author(s): 谷内 湧
  • Organizer: 第21回応用力学シンポジウム
• [Presentation] カーボンナノチューブの軸圧縮挙動における層間相互作用の力学的役割 (2017)
  • Author(s): 石上 一翔
  • Organizer: 第21回応用力学シンポジウム
• [Presentation] 竹の特異な組織配列から学ぶ円筒構造の傾斜剛性の最適化に関する考察 (2017)
  • Author(s): 宮川 奨
  • Organizer: 平成28年度土木学会北海道支部年次技術研究発表会
  • Place of Presentation: 北見工業大学（北見市）
• [Presentation] カイラリティの違いがカーボンナノチューブの断面座屈荷重に及ぼす影響 (2017)
  • Author(s): 樋口 諒
  • Organizer: 平成28年度土木学会北海道支部年次技術研究発表会
  • Place of Presentation: 北見工業大学（北見市）
• [Presentation] Rational bending properties of wild bamboo with peculiar tissue structures and nodes (2016)
  • Author(s): Toshiyuki Tanigaki
  • Organizer: The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
  • Place of Presentation: Jeju, Koria
  • Year and Date: 2016-08-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 曲げを受ける多層カーボンナノチューブの座屈挙動におけるサイズ依存性の理論的検証 (2016)
  • Author(s): 石上一翔
  • Organizer: 土木学会北海道支部平成27年度年次技術研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2016-01-31
• [Presentation] 静水圧荷重を受ける単層及び多層カーボンナノチューブにおける座屈挙動解析モデルの精度検証 (2016)
  • Author(s): 谷内 湧
  • Organizer: 土木学会北海道支部平成27年度年次技術研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2016-01-31
• [Presentation] 特異な組織構造がもたらす竹構造の合理的な曲げ抵抗性に関する研究 (2016)
  • Author(s): 谷垣俊行
  • Organizer: 土木学会北海道支部平成27年度年次技術研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2016-01-31
• [Presentation] VERIFICATION OF THE ACCURACY OF ANALYTICAL MODELS OF HYDROSTATICALLY PRESSURIZED BUCKLING OF SINGLEAND MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES (2016)
  • Author(s): Yu Yachi
  • Organizer: IASTEM INTERNATIONAL CONFERENCE
  • Place of Presentation: Bayview Hotel Singapore（シンガポール）
  • Year and Date: 2016-01-22
• [Presentation] SIZE-DEPENDENCE OF BUCKLING BEHAVIOURS IN MULTIWALLED CARBON NANOTUBES UNDER PURE BENDING (2016)
  • Author(s): kazusa Ishigami
  • Organizer: IASTEM INTERNATIONAL CONFERENCE
  • Place of Presentation: Bayview Hotel Singapore（シンガポール）
  • Year and Date: 2016-01-22
• [Presentation] LEARNING FROM BAMBOO:OPTIMAL MECHANISMS OF BENDING RESISTANCE FOR CYLINDRICAL STRUCTURES (2016)
  • Author(s): Yuka Sato
  • Organizer: IASTEM INTERNATIONAL CONFERENCE
  • Place of Presentation: Bayview Hotel Singapore（シンガポール）
  • Year and Date: 2016-01-22
• [Presentation] 竹の節・組織構造が織り成す円筒体としての合理的な構造特性の理論的解明 (2016)
  • Author(s): 佐藤太裕
  • Organizer: 第19回応用力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学工学部（札幌市）
• [Presentation] 多層カーボンナノチューブに生じる特異な断面座屈挙動の分子動力学解析 (2016)
  • Author(s): 谷内 湧
  • Organizer: 第19回応用力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学工学部（札幌市）
• [Presentation] 静水圧荷重を受ける単層及び多層カーボンナノチューブにおける座屈挙動解析モデルの検討 (2016)
  • Author(s): 谷内 湧
  • Organizer: 第21回計算工学講演会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟市）
• [Presentation] Size-dependency of Bending Moment and Critical curvature relationship in multi-walled carbon nanotubes under pure bending (2016)
  • Author(s): Kazusa Ishigami
  • Organizer: The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
  • Place of Presentation: Jeju, Koria
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Buckling behavior analysis of hydrostatically pressurized multi-walled carbon nanotubes by molecular dynamics simulations (2016)
  • Author(s): Yu Yachi
  • Organizer: The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
  • Place of Presentation: Jeju, Koria
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 座屈状態のカーボンナノチューブに生じる波状変形モード解析 (2015)
  • Author(s): 池岡直哉
  • Organizer: 土木学会平成27年度全国大会第70回年次学術講演会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2015-09-18
• [Presentation] 竹の特異な構造携帯に学ぶ円筒体の最適な曲げ抵抗メカニズムについて (2015)
  • Author(s): 佐藤諭佳
  • Organizer: 土木学会平成27年度全国大会第70回年次学術講演会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山市）
  • Year and Date: 2015-09-18
• [Presentation] 分子動力学法を用いたカーボンナノチューブに生じる特異な断面座屈モードの解析 (2015)
  • Author(s): 佐藤太裕
  • Organizer: 日本計算工学会第20回計算工学講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（つくば市）
  • Year and Date: 2015-06-09
• [Presentation] 種々の外力を受けるカーボンナノチューブの波状変形モード解析 (2015)
  • Author(s): 池岡直哉
  • Organizer: 土木学会第18回応用力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 金沢大学（金沢市）
  • Year and Date: 2015-05-17
• [Presentation] 竹の特異な構造形態に学ぶ円筒構造の最適な曲げ抵抗メカニズムに関する基礎的検討 (2015)
  • Author(s): 佐藤諭佳
  • Organizer: 土木学会第18回応用力学シンポジウム
  • Place of Presentation: 金沢大学（金沢市）
  • Year and Date: 2015-05-17