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Estimation of properties and yield criterion of wood by utilizing multi-scale finite element method

Research Project

Project/Area Number 19K15319
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

Kajikawa Shohei  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (00772815)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords木質系材料 / 木材 / マルチスケール解析 / 大変形加工 / 仮想材料試験 / 有限要素法(FEM) / 均質化法 / 離散要素法(DEM) / マルチスケール有限要素解析 / 降伏曲面 / 離散要素法 / 降伏条件
Outline of Research at the Start

有限要素法 (FEM) による木材の応力解析や,大変形加工の再現は困難である.このような問題を解決するため,本研究では,木材に対して,空隙や年輪などの周期構造を代表体積要素としてモデル化することによって,均質化法に基づくマルチスケールFEM解析を適用し,「(a) 仮想材料試験による簡易的な直交異方性パラメータの取得方法」,および「(b) 木材の空壁構造を考慮した新たな降伏条件式」を検討する.また,圧縮試験やねじり試験などの実験も行い,提案手法の妥当性を検証する.本検討によって,木材の大変形加工を,有限要素解析にて再現するにあたっての基盤を確立する.

Outline of Final Research Achievements

A numerical analysis method that can reproduce the deformation behavior of wood with high accuracy has not been developed due to the complex structure of wood although the use of deformation simulation by numerical analysis is useful in research and development of processing technology. In this study, a numerical analysis by the finite element method (FEM), homogenization method, and discrete element method (DEM) using a model that has the structure of wood was proposed in order to reproduce the deformation behavior of wood. By comparing the analysis results with experimental results, the analytical model was optimized, and the analysis using the optimized model showed the possibility of predicting the material properties and reproducing the deformation behavior of wood.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では,木材の変形挙動を再現可能な数値解析手法を新しく提案し,提案手法によって,木材の材料特性予測や,変形挙動を再現できる可能性を示した.今後,この手法を発展させ,木材加工に関する研究開発に取り入れることによって,研究開発を加速化し,低環境負荷な循環型資源である木材の有効利用の促進が期待できる.さらに,木材の内部構造が変形挙動に及ぼす影響など,これまで明らかになっていなかった学術的な知見も期待できる.

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Circular Tube Forming by Using Extrusion of Wood Powder Combined with Sucrose and Citric Acid2021

    • Author(s)
      鈴本 雄也, 梶川 翔平, 久保木 孝
    • Journal Title

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      Volume: 70 Issue: 12 Pages: 912-917

    • DOI

      10.2472/jsms.70.912

    • NAID

      130008131154

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • Year and Date
      2021-12-15
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Particle Size on Thermal Flow of Japanese Cedar Powder Combined with Sucrose and Citric Acid2020

    • Author(s)
      梶川翔平,曺基宇,久保木孝,田中聡一,梅村研二,金山公三
    • Journal Title

      Journal of the Society of Materials Science, Japan

      Volume: 69 Issue: 6 Pages: 440-445

    • DOI

      10.2472/jsms.69.440

    • NAID

      130007857978

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • Year and Date
      2020-06-15
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of Naturally Derived Wood Products by Thermal Flow Molding of Wood Powder with Sucrose and Citric Acid2020

    • Author(s)
      Shohei Kajikawa, Masaya Horikoshi, Takashi Kuboki, Soichi Tanaka, Kenji Umemura, Kozo Kanayama
    • Journal Title

      BioResources

      Volume: 15 Issue: 1 Pages: 1702-1715

    • DOI

      10.15376/biores.15.1.1702-1715

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] セル構造を再現したマルチスケール有限要素解析による針葉樹材の圧縮特性の再現2023

    • Author(s)
      小田 翔太, 久保木 孝, 阿部 充, 近藤 雅裕, 関 雅子, 三木 恒久, 梶川 翔平
    • Organizer
      第73回日本木材学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 有限要素解析による木材の圧縮変形シミュレーション2023

    • Author(s)
      織田 啓太郎, 久保木 孝, 田中 聡一, 三木 恒久, 梶川 翔平
    • Organizer
      2023年度塑性加工春季講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Virtual Compression Test by Multi-scale Approarch with Wood Cell Model2023

    • Author(s)
      Shohei Kajikawa, Shota Oda, Takashi Kuboki, Masahiro Kondo, Mitsuru Abe, Masako Seki, Tsunehisa Miki, Eduardo de Souza Neto
    • Organizer
      COMPLAS 2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 粒子サイズの適正化によるスクロースおよびクエン酸混合木粉の射出成形品の高密度化2022

    • Author(s)
      梶川 翔平,曺 基宇,久保木 孝
    • Organizer
      第72回日本木材学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] マルチスケール有限要素解析による木材の圧縮特性の再現2022

    • Author(s)
      小田 翔太,梶川 翔平,久保木 孝,阿部 充,関 雅子,三木 恒久,Eduardo de Souza Neto
    • Organizer
      日本材料学会第71期学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 木材の鍛造加工においてパンチ形状が成形性に及ぼす影響2022

    • Author(s)
      植嶋 日奈子,梶川 翔平,久保木 孝
    • Organizer
      2022年度塑性加工春季講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Fluidity of Wood Composite Combined with Natural Binder on Injection Molding2021

    • Author(s)
      Shohei Kajikawa, Masaya Horikoshi, Takashi Kuboki, Soichi Tanaka, Kenji Umemura, Kozo Kanayama
    • Organizer
      13th International Conference of Technology Plasticity
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 冷却ダイを用いた天然系バインダ混合木粉の押出し加工による円管成形2021

    • Author(s)
      鈴本 雄也, 久保木 孝, 梶川 翔平
    • Organizer
      第72回塑性加工連合講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] スクロースおよびクエン酸を混合した木質系粉末の流動性に及ぼす加熱温度および時間の影響2021

    • Author(s)
      後藤 めぐみ,梶川 翔平, 久保木 孝
    • Organizer
      第71回日本木材学会大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 天然系バインダを混合した木粉の押出し加工による円管製造の試み2020

    • Author(s)
      鈴本 雄也, 久保木 孝, 梶川 翔平
    • Organizer
      第71回塑性加工連合講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 天然系バインダを混合した木質系粉末の流動挙動および成形性に及ぼす粒子サイズの影響2019

    • Author(s)
      曺 基宇, 梶川 翔平, 久保木 孝
    • Organizer
      第70回塑性加工連合講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] スクロースおよびクエン酸を混合した木質系粉末の射出成形2019

    • Author(s)
      梶川 翔平, 堀越 将矢,久保木 孝
    • Organizer
      2019年度塑性加工春季講演会講演論文集
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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