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Proposition of stochastic multiphysics and multiscale modeling with its applications and validation

Research Project

Project/Area Number 16H04239
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

Takano Naoki  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10206782)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大谷 章夫  京都工芸繊維大学, 繊維学系, 准教授 (80569533)
松田 哲也  筑波大学, システム情報系, 准教授 (90345926)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2016: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Keywords確率的シミュレーション / マルチフィジックスモデル / マルチスケールモデル / 複合材料 / 3D積層造形 / 不確かさ / 熱処理シミュレーション / 相変態 / 損傷進展 / 複合材料・物性 / 確率論 / 金属3D造形
Outline of Final Research Achievements

Stochastic finite element analysis procedure has been developed to be used for the prediction of material properties and for the design of manufacturing process mainly for fiber reinforced composite materials and additively manufactured products considering the variability and uncertainty due to manufacturing. Focusing on the multiscale problem that can take microstructural heterogeneity into account and the multiphysics problem in the manufacturing process, stochastic modeling and nonlinear simulation methods have been developed that can be applied to the analysis of sources of uncertainty, sensitivity analysis and the analysis of uncertainty propagation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

繊維強化複合材料や3D積層造形品は今後の用途拡大が期待されているが、低コスト化・高サイクル化を図る新製造技術の開発において、試作品の特性にばらつきが生じ、次の試作時にばらつきの要因がどのように発現するか予測できないという不確かさの問題が障壁となる。開発した確率的シミュレーション法では、不確かさの要因を分析し、製造プロセス改善に役立てることが可能である。3D積層造形におけるサポート構造の設定方法などに欠かせない熟練技術者のノウハウの定量化は、技術伝承にも有用な新しいアプローチである。開発技術の応用例として、鋼材焼入れにおいて、鋼材成分のばらつきが及ぼす影響を定量的に算出することにも成功した。

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (115 results)

All 2020 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (98 results) (of which Int'l Joint Research: 25 results,  Invited: 3 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Stochastic Nonlinear Multiscale Computational Scheme for Short Fiber Reinforced Composites to Study the Influence of Microstructural Variability on Damage Propagation2020

    • Author(s)
      Tien-Dat Hoang, Yutaro Abe, Shinya Nakamura, Akio Miyoshi, Naoki Takano
    • Journal Title

      SN Applied Sciences

      Volume: 2 Issue: 2

    • DOI

      10.1007/s42452-020-1961-7

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    • Author(s)
      TAKANO Naoki、TAKIZAWA Hideo、ITO Kohta、ODAKA Kento、MATSUNAGA Satoru、ABE Shinichi
    • Journal Title

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      Volume: 68 Issue: 4 Pages: 351-357

    • DOI

      10.2472/jsms.68.351

    • NAID

      130007635145

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • Year and Date
      2019-04-15
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    • Author(s)
      T. Suzuki, Y. Yasuda, T. Terasaki, M. Morita, Y. Kawana, D. Ishikawa, M. Nishimura, H. Nakako, K. Kurafuchi, T. Matsuda
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Device and Materials Reliability

      Volume: 19 Issue: 2 Pages: 461-467

    • DOI

      10.1109/tdmr.2019.2916784

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    • Author(s)
      Tien-Dat Hoang and Naoki Takano
    • Journal Title

      Acta Mechanica

      Volume: 230 Issue: 3 Pages: 1161-1076

    • DOI

      10.1007/s00707-018-2337-6

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    • Author(s)
      G. Kubo, T. Matsuda, H. Nagaoka and Y. Sato
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: 794 Pages: 78-88

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/kem.794.78

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      Pin Wen, Naoki Takano and Shusuke Akimoto
    • Journal Title

      Acta Mechanica

      Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 1-15

    • DOI

      10.1007/s00707-017-2096-9

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    • Author(s)
      Gai Kubo, Tetsuya Matsuda, Yoshihiko Sato
    • Journal Title

      International Journal of Mechanical Sciences

      Volume: 印刷中 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2018.01.007

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      高野直樹, 石島慎太郎
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      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 83 Issue: 851 Pages: 17-00216-17-00216

    • DOI

      10.1299/transjsme.17-00216

    • NAID

      130005863494

    • ISSN
      2187-9761
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      Kohei Hagiwara, Shintaro Ishijima, Naoki Takano, Akio Ohtani, Asami Nakai
    • Journal Title

      Mechanical Engineering Journal

      Volume: 4 Pages: 1-12

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    • Author(s)
      Naoki Takano, Hideo Takizawa, Pin Wen, Kento Odaka, Satoru Matsunaga, Shinichi Abe
    • Journal Title

      International Journal of Mechanical Sciences

      Volume: 134 Pages: 347-356

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2017.08.060

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      Gai Kubo and Tetsuya Matsuda
    • Journal Title

      Mechanical Engineering Letters

      Volume: 2 Issue: 0 Pages: 16-00248-16-00248

    • DOI

      10.1299/mel.16-00248

    • NAID

      130005154007

    • ISSN
      2189-5236
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  • [Journal Article] Probabilistic Multiscale Analysis of Three-phase Composite Material Considering Uncertainties in Both Physical and Geometrical Parameters at Microscale2016

    • Author(s)
      Pin Wen, Naoki Takano and Daichi Kurita
    • Journal Title

      Acta Mechanica

      Volume: 227 Issue: 10 Pages: 2735-2747

    • DOI

      10.1007/s00707-016-1640-3

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    • Author(s)
      Shusuke Akimoto and Naoki Takano
    • Journal Title

      Mechanical Engineering Letters

      Volume: 2 Issue: 0 Pages: 16-00316-16-00316

    • DOI

      10.1299/mel.16-00316

    • NAID

      130005158223

    • ISSN
      2189-5236
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    • Author(s)
      Yoshihiko Sato and Testuya Matsuda
    • Journal Title

      Key Engineering Materials

      Volume: 725 Pages: 439-444

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/kem.725.439

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      G. Kubo, T. Matsuda
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      13th World Congress on Computational Mechanics (WCCM) and 2nd PanAmerican Congress on Computational Mechanics
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      Hoang Tien Dat, Daichi Kurita and Naoki Takano
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      11th Asian-Australasian Conference on Composites Materials (ACCM-11)
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      井上千晴, 松田哲也, 原澤直人
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      Naoki Takano
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      日本機械学会第31回計算力学講演会
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      日本機械学会第31回計算力学講演会
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      高野直樹
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      日本計算工学会第22回計算工学講演会
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      日本計算工学会第22回計算工学講演会
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      日本計算工学会第22回計算工学講演会
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      中村伸也, 三好昭生, 栗田大地, 高野直樹
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      日本機械学会第30回計算力学講演会
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      山内和真, 松田哲也
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      Yuki Higashino, Kohei Hagiwara, Naoki Takano, Akio Ohtani, Asami Nakai
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      Naoto Harasawa, Tetsuya Matsuda
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      Gai Kubo, Tetsuya Matsuda
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      Kazuma Yamauchi, Tetsuya Matsuda
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      The Second International Conference on Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems (COMPSAFE 2017)
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      Naoki Takano, Kohei Hagiwara, Daichi Haruyama
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      富岡拓也, 野川直翔, 後藤圭太, 荒井政大, 松田哲也
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      日本航空宇宙学会第53回中部・関西支部合同秋期大会
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      名城大学ナゴヤドーム前キャンパス(愛知県・名古屋市)
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      2016-11-26
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      秋元秀介, 高野直樹
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      日本機械学会M&M2016材料力学カンファレンス
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      神戸大学(兵庫県・神戸市)
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      2016-10-09
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      上條光翔, 東野祐希, 高野直樹
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      日本機械学会M&M2016材料力学カンファレンス
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      神戸大学(兵庫県・神戸市)
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      2016-10-09
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      松田哲也, 後藤圭太, 大野信忠, 宮下進太郎, 川崎雄介, 久保凱, 佐藤仁彦, 荒井政大
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      日本機械学会M&M2016材料力学カンファレンス
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      神戸大学(兵庫県・神戸市)
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      2016-10-09
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      日本機械学会第29回計算力学講演会
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      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
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      日本機械学会第29回計算力学講演会
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      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
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      2016-09-22
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      久保凱, 松田哲也
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      日本機械学会第29回計算力学講演会
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      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
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      2016-09-22
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      増子智史, 松田哲也
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      日本機械学会第29回計算力学講演会
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      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
    • Year and Date
      2016-09-22
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      久保凱, 松田哲也
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      日本複合材料学会第41回複合材料シンポジウム
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      高知工科大学永国寺キャンパス(高知県・高知市)
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      2016-09-16
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      山内和真, 松田哲也, 増子智史
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      日本機械学会第24回茨城講演会
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      茨城大学日立キャンパス(茨城県・日立市)
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      2016-08-26
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      Tetsuya Matsuda, Gai Kubo, Tsubasa Ogaki and Yoshihiko Sato
    • Organizer
      Mini-workshop on Practical Multiscaling
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      Colombia University in the City of New York (New York , USA)
    • Year and Date
      2016-08-15
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      Gai Kubo and Tetsuya Matsuda
    • Organizer
      2016 M&M International Symposium for Young Researchers
    • Place of Presentation
      State University of New York at Stony Brook (New York, USA)
    • Year and Date
      2016-08-11
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      Keita Goto, Takuya Tomioka, Masahiro Arai and Tetsuya Matsuda
    • Organizer
      2016 M&M International Symposium for Young Researchers
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      State University of New York at Stony Brook (New York, USA)
    • Year and Date
      2016-08-11
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      後藤圭太, 富岡拓也, 荒井政大, 松田哲也
    • Organizer
      日本航空宇宙学会第58回構造強度に関する講演会
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      北海道大学学術交流会館(北海道・札幌市)
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      2016-08-03
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    • Organizer
      The 12th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XII)
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      Seoul (Korea)
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      2016-07-27
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      Satoshi Masuko, Tetsuya Matsuda and Tasuku Ito
    • Organizer
      The 12th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XII)
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      Seoul (Korea)
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      2016-07-27
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      Kohei Hagiwara, Takayuki Ueno, Shintaro Ishijima, Naoki Takano, Akio Ohtani, Tadashi Uozumi and Asami Nakai
    • Organizer
      The 12th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XII)
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      Seoul (Korea)
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      2016-07-26
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      Daichi Kurita, Pin Wen and Naoki Takano
    • Organizer
      The 12th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XII)
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      Seoul (Korea)
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      2016-07-26
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      Shusuke Akimoto, Yusuke Nakagawa, Nobuhito Ibaraki and Naoki Takano
    • Organizer
      The 12th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XII)
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      Seoul (Korea)
    • Year and Date
      2016-07-26
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      Yoshihiko Sato, Tetsuya Matsuda and Yuki Iwashita
    • Organizer
      The 12th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XII)
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      Seoul (Korea)
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      2016-07-26
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      Gai Kubo and Tetsuya Matsuda
    • Organizer
      The 12th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XII)
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      Seoul (Korea)
    • Year and Date
      2016-07-26
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      高野直樹
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      第29回関東CAE懇話会
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      慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
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      2016-07-15
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      Naoki Takano
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      The 13th International Conference on Flow Processes in Composite Materials
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      京都工芸繊維大学(京都府・京都市)
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      2016-07-08
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      高野直樹
    • Organizer
      プラスチック成形加工学会第27回年次大会
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      タワーホール岩堀(東京都・江戸川区)
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      2016-06-15
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      高野直樹
    • Organizer
      日本計算工学会第21回計算工学講演会
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      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟県・新潟市)
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      2016-05-31
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      栗田大地, Pin Wen, 高野直樹
    • Organizer
      日本計算工学会第21回計算工学講演会
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      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2016-05-31
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      Paolo Realini, Kenichiro Yokota, Naoki Takano, Satoru Matsunaga and Shinichi Abe
    • Organizer
      日本計算工学会第21回計算工学講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2016-05-31
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      山内和真, 増子智史, 松田哲也
    • Organizer
      日本計算工学会第21回計算工学講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ新潟コンベンションセンター (新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2016-05-31
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] モンテカルロRTMプロセスシミュレーションシステムの構築2016

    • Author(s)
      高野直樹, 石島慎太郎
    • Organizer
      日本材料学会第65期学術講演会
    • Place of Presentation
      富山大学 (富山県・富山市)
    • Year and Date
      2016-05-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] テキスタイルGFRPの成形プロセスに起因する幾何的ばらつきを考慮したミクロ構造モデリング2016

    • Author(s)
      萩原晃平, 上野駿之, 高野直樹, 魚住忠司, 大谷章夫, 仲井朝美
    • Organizer
      日本材料学会第65期学術講演会
    • Place of Presentation
      富山大学 (富山県・富山市)
    • Year and Date
      2016-05-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 成形プロセスに起因するばらつきを考慮した確率的FEMシミュレーションの展望2016

    • Author(s)
      高野直樹
    • Organizer
      第4回オートモーティブコンポジットシンポジウム
    • Place of Presentation
      京都工芸繊維大学(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2016-04-23
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 高野研究室へようこそ(JSPS KAKENHI Project)

    • URL

      http://www.takano-lab.jp/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] Mechanical Simulation Laboratory 高野研究室へようこそ

    • URL

      http://www.takano-lab.jp/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 慶應義塾大学理工学部機械工学科高野研究室

    • URL

      http://www.takano.mech.keio.ac.jp/

    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2021-02-19  

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