Establishment of design method for mechanical properties of microcellular foam material by homogenization of microstructure

• Project/Area Number: 15K05671
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Matsuda Akihiro 筑波大学, システム情報系, 准教授 (20371437)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 高分子発泡材料 / マイクロセルラー発泡 / 均質化 / 微細構造 / 有限要素法 / 力学試験 / 有限要素解析 / 発泡材料

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this research is to develop a homogenization numerical simulation methods for mechanical characteristics, such as stiffness and strength of microcellular foam materials which contains microscale air voids.
Mechanical characteristics of foam and matrix materials were evaluated by mechanical loading tests of microcellular foam. A 3-dimensional homogenized finite element analysis program which is possible to apply the periodic boundary condition of microstructures was developed. Proposed analysis method is possible to predict the stiffens in finite strain region considering the microstructures.

Research Products

• [Journal Article] 3-dimensional homogenization finite element analysis of foamed rubber (2018)
  • Author(s): Akihiro Matsuda, Sho Oketani
  • Journal Title: Proceedings of international rubber conference 2018 Volume: 印刷中
• [Journal Article] Study on voxel finite element analysis of opens cell polyurethane foam (2018)
  • Author(s): Yuki Kimura, Akihiro Matsuda
  • Journal Title: Proceedings of international rubber conference 2018 Volume: 印刷中
• [Journal Article] Thermo-mechanical coupling modeling of compressible hyperelasticity for the microcellular urethane (2018)
  • Author(s): Hayato Onodera, Akihiro Matsuda
  • Journal Title: Proceedings of international rubber conference 2018 Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evaluation of impact absorbing properties of thermoplastic elastomers (2018)
  • Author(s): Naoki Yajima, Akihiro Matsuda
  • Journal Title: Proceedings of international rubber conference 2018 Volume: 印刷中
  • Open Access
• [Journal Article] Effect of microscopic structure on mechanical characteristics of foam rubber (2017)
  • Author(s): Akihiro Matsuda, Sho Oketani, Yuki Kimura, Akitaka Nomoto
  • Journal Title: Proceedings of the 10th European Conference on Constitutive Models for Rubber Volume: 1 Pages: 575-579
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-dimensional homogenization finite element analysis of open cell polyurethane foam (2017)
  • Author(s): Sho Oketani, Akihiro Matsuda, Akitaka Nomoto, Yuki Kimura
  • Journal Title: Proceedings of the 10th European Conference on Constitutive Models for Rubber Volume: 1 Pages: 581-586
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 切頂八面体ユニットセルを用いたポリウレタン発泡材の均質化FEM 解析 (2017)
  • Author(s): 桶谷 翔，松田 昭博，木村 雄生
  • Journal Title: 日本機械学会2017 年度年次大会 講演論文集 Volume: 1
  • NAID: 130006550561
• [Journal Article] オープンセル発泡体の微細構造を模擬した均質化FEMモデルのシミュレーション (2017)
  • Author(s): 桶谷 翔， 松田 昭博， 木村 雄生，加藤 和人
  • Journal Title: 日本機械学会 シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス 2017 講演論文集 Volume: 17-43 Pages: 1-9
  • NAID: 130006744753
• [Journal Article] 均質化 FEMによるクローズドセル発泡材料の微視構造の影響評価 (2017)
  • Author(s): 松田 昭博，桶谷 翔
  • Journal Title: 日本機械学会 シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス 2017 講演論文集 Volume: 17-43 Pages: 1-5
  • NAID: 130006744754
• [Journal Article] Effect of microscopic structure on mechanical characteristics of foam rubber (2017)
  • Author(s): Akihiro Matsuda, Sho Oketani, Yuki Kimura, Akitaka Nomoto
  • Journal Title: Proceedings of the 10th European Conference on Constitutive Models for Rubbers Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3-dimensional homogenization finite element analysis of open cell polyurethane foam (2017)
  • Author(s): Sho Oketani, Akihiro Matsuda, Akitaka Nomoto, Yuki Kimura
  • Journal Title: Proceedings of the 10th European Conference on Constitutive Models for Rubbers Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2-Dimensional homogenization FEM Analysis of hyperelastic foamed rubber (2016)
  • Author(s): Akitaka Nomoto, Hiroki Yasutaka, Sho Oketani, Akihiro Matsuda
  • Journal Title: Procedia Engineering Volume: 147 Pages: 431-436
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 3次元微細構造を考慮した発泡ゴムの均質化FEM解析の開発 (2016)
  • Author(s): 桶谷 翔，野本 明誉，松田 昭博
  • Journal Title: 日本機械学会 第24回茨城講演会講演論文集 Volume: 1 Pages: 221-222
  • NAID: 130007093027
• [Journal Article] 3 次元均質化FEM解析の発泡ゴムへの適用性に関する研究 (2016)
  • Author(s): 桶谷翔，野本明誉，松田昭博，加藤和人
  • Journal Title: 日本機械学会 M&M2016 材料力学カンファレンス 講演論文集 Volume: 1 Pages: 195-197
  • NAID: 130007120439
• [Journal Article] 超弾性体の均質化FEMにおける発泡構造の影響評価 (2016)
  • Author(s): 野本明誉，桶谷翔，松田昭博
  • Journal Title: 日本機械学会 M&M2016 材料力学カンファレンス 講演論文集 Volume: 1 Pages: 198-199
  • NAID: 130007120443
• [Journal Article] 高分子発泡材料の力学特性評価に関する研究 (2016)
  • Author(s): 木村雄生，松田昭博，加藤和人
  • Journal Title: 日本機械学会 関東学生会第56回学生員卒業研究発表講演会講演論文集CD-ROM Volume: 1 Pages: 1102-1102
• [Journal Article] マイクロセルラーウレタンを用いた自動車部品の力学特性評価に関する研究 (2016)
  • Author(s): 小野寺隼人，松田昭博，樋口大地
  • Journal Title: 日本機械学会 関東学生会第56回学生員卒業研究発表講演会講演論文集CD-ROM Volume: 1 Pages: 1201-1201
  • NAID: 130007077490
• [Journal Article] 発泡ゴム材料の2次元均質化FEMを用いた力学特性評価手法 (2015)
  • Author(s): 安高 啓貴, 野本 明誉，嶋津 龍弥, 松田 昭博
  • Journal Title: 日本機械学会 関東支部 第21基総会・講演会論文集（CD-ROM） Volume: 1 Pages: 1-2
• [Journal Article] 軟質発泡材料の3次元均質化FEMを用いた空隙形状の力学特性に関する影響の評価 (2015)
  • Author(s): 嶋津 龍弥, 安高 啓貴, 野本 明誉，松田 昭博
  • Journal Title: 日本機械学会 関東支部 第21基総会・講演会論文集（CD-ROM） Volume: 1 Pages: 1-2
• [Journal Article] 発泡ゴム材料の力学特性に与える微細構造の影響評価に関する研究 (2015)
  • Author(s): 野本 明誉，嶋津 龍弥, 安高 啓貴, 松田 昭博
  • Journal Title: 日本機械学会関東学生会第54回学生員卒業研究発表講演前刷集 Volume: 1 Pages: 1-2
• [Journal Article] 3-dimensional homogenization FEM analysis of hyperelastic low density polymer forms (2015)
  • Author(s): R. Shimazu, H. Yasutaka, A. Nomoto and A. Matsuda
  • Journal Title: Proceedings of the 9th European Conference on Constitutive Models for Rubbers (ECCMR IX) Volume: 1 Pages: 675-681
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lifetime Prediction of EP and NBR Rubber Seal by Thermos-Viscoelastic Model (2015)
  • Author(s): K. Kobayashi, T. Isozaki, A. Matsuda, Y.Mizutani & Y.Hori
  • Journal Title: Proceedings of the 9th European Conference on Constitutive Models for Rubbers (ECCMR IX) Volume: 1 Pages: 91-96
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Anisotropic Hyperelastic Model Considering Stress Softening (2015)
  • Author(s): A. Matsuda
  • Journal Title: Proceedings of the 9th European Conference on Constitutive Models for Rubbers (ECCMR IX) Volume: 1 Pages: 265-270
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 発泡ゴム材料の微細構造を考慮した力学特性評価手法の開発 (2015)
  • Author(s): 野本 明誉, 安高 啓貴, 松田 昭博
  • Journal Title: スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2015講演論文集 Volume: 1 Pages: 1-6
• [Presentation] 3-dimensional homogenization finite element analysis of foamed rubber (2018)
  • Author(s): Akihiro Matsuda, Sho Oketani
  • Organizer: International rubber conference 2018(IRC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study on voxel finite element analysis of opens cell polyurethane foam (2018)
  • Author(s): Yuki Kimura, Akihiro Matsuda
  • Organizer: International rubber conference 2018(IRC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermo-mechanical coupling modeling of compressible hyperelasticity for the microcellular urethane (2018)
  • Author(s): Hayato Onodera, Akihiro Matsuda
  • Organizer: International rubber conference 2018(IRC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of impact absorbing properties of thermoplastic elastomers (2018)
  • Author(s): Naoki Yajima, Akihiro Matsuda
  • Organizer: International rubber conference 2018(IRC2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of microscopic structure on mechanical characteristics of foam rubber (2017)
  • Author(s): Akihiro Matsuda, Sho Oketani, Yuki Kimura, Akitaka Nomoto
  • Organizer: The 10th European Conference on Constitutive Models for Rubbers
  • Place of Presentation: ホリディインホテル（ドイツミュンヘン）
  • Year and Date: 2017-08-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3-dimensional homogenization finite element analysis of open cell polyurethane foam (2017)
  • Author(s): Sho Oketani, Akihiro Matsuda, Akitaka Nomoto, Yuki Kimura
  • Organizer: The 10th European Conference on Constitutive Models for Rubbers
  • Place of Presentation: ホリディインホテル（ドイツミュンヘン）
  • Year and Date: 2017-08-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of microscopic structure on mechanical characteristics of foam rubber (2017)
  • Author(s): Akihiro Matsuda, Sho Oketani, Yuki Kimura, Akitaka Nomoto
  • Organizer: 10th European Conference on Constitutive Models for Rubber
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three-dimensional homogenization finite element analysis of open cell polyurethane foam (2017)
  • Author(s): Sho Oketani, Akihiro Matsuda, Akitaka Nomoto, Yuki Kimura
  • Organizer: 10th European Conference on Constitutive Models for Rubber
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 切頂八面体ユニットセルを用いたポリウレタン発泡材の均質化FEM 解析 (2017)
  • Author(s): 桶谷 翔，松田 昭博，木村 雄生
  • Organizer: 日本機械学会2017 年度年次大会
• [Presentation] オープンセル発泡体の微細構造を模擬した均質化FEMモデルのシミュレーション (2017)
  • Author(s): 桶谷 翔， 松田 昭博， 木村 雄生，加藤 和人
  • Organizer: 日本機械学会 シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス 2017
• [Presentation] 均質化 FEMによるクローズドセル発泡材料の微視構造の影響評価 (2017)
  • Author(s): 松田 昭博，桶谷 翔
  • Organizer: 日本機械学会 シンポジウム：スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス 2017
• [Presentation] 高分子発泡材料の力学特性評価に関する研究 (2017)
  • Author(s): 木村雄生，松田昭博，加藤和人
  • Organizer: 日本機械学会 関東学生会第56回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 東京理科大学葛飾キャンパス（東京都葛飾区）
• [Presentation] マイクロセルラーウレタンを用いた自動車部品の力学特性評価に関する研究 (2017)
  • Author(s): 小野寺隼人，松田昭博，樋口大地
  • Organizer: 日本機械学会 関東学生会第56回学生員卒業研究発表講演会
  • Place of Presentation: 東京理科大学葛飾キャンパス（東京都葛飾区）
• [Presentation] Joint Torque Given by Sports Spats Calculated Using by Anisotropic Hyperelastic Model (2016)
  • Author(s): Akihiro Matsuda
  • Organizer: 第26回 日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター（神奈川県 横浜市）
  • Year and Date: 2016-12-19
  • Invited
• [Presentation] 3 次元均質化FEM解析の発泡ゴムへの適用性に関する研究 (2016)
  • Author(s): 桶谷翔，野本明誉，松田昭博，加藤和人
  • Organizer: 日本機械学会 M&M2016 材料力学カンファレンス
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫県 神戸市）
  • Year and Date: 2016-10-08
• [Presentation] 超弾性体の均質化FEMにおける発泡構造の影響評価 (2016)
  • Author(s): 野本明誉，桶谷翔，松田昭博
  • Organizer: 日本機械学会 M&M2016 材料力学カンファレンス
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫県 神戸市）
  • Year and Date: 2016-10-08
• [Presentation] 2-dimensional Homogenization FEM analysis of hyperelastic foamed rubber (2016)
  • Author(s): Akitaka Nomoto, Hiroki Yasutaka, Sho Oketani, Akihiro Matsuda
  • Organizer: 11th conference of the International Sports Engineering Association(ISEA 2016)
  • Place of Presentation: デルフト工科大学（オランダデルフト）
  • Year and Date: 2016-07-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3次元微細構造を考慮した発泡ゴムの均質化FEM解析の開発 (2016)
  • Author(s): 桶谷 翔，野本 明誉，松田 昭博
  • Organizer: 日本機械学会 第24回茨城講演会
  • Place of Presentation: 茨城大学（茨城県日立市）
• [Presentation] 異方性超弾性を用いたコンプレッションウェアの 応力分布 (2015)
  • Author(s): 松田昭博
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 神奈川県 横浜市 波止場会館
  • Year and Date: 2015-12-10
  • Invited
• [Presentation] 応力低下を考慮した水着のための異方性材料モデリン グ (2015)
  • Author(s): 松田昭博
  • Organizer: 第25回日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 神奈川県 横浜市 波止場会館
  • Year and Date: 2015-12-10
  • Invited
• [Presentation] Development of Anisotropic Hyperelastic Model Considering Stress Softening (2015)
  • Author(s): A. Matsuda
  • Organizer: The 9th European Conference on Constitutive Models for Rubbers (ECCMR IX)
  • Place of Presentation: Diplomat hotel（チェコ共和国）
  • Year and Date: 2015-09-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 競技スポーツをサポートする計算力学 (2015)
  • Author(s): 松田昭博
  • Organizer: 一般社団法人日本機械学会 2014年度（第92期）定時社員総会
  • Place of Presentation: 東京都 新宿区 明治記念館
  • Year and Date: 2015-04-17
  • Invited
• [Book] 【実践】発泡成形（第5章 発泡体の特性評価技術） (2016)
  • Author(s): 松田 昭博，嶋津龍弥
  • Total Pages: 218
  • Publisher: S&T出版
• [Book] 樹脂の発泡成形技術 (2016)
  • Author(s): 松田昭博他
  • Total Pages: 250
  • Publisher: Ｓ＆Ｔ出版株式会社