| Project/Area Number |
21H01221
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
山田 浩之 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (80582907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
洞出 光洋 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (30583116)
小笠原 永久 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (60262408)
樋口 理宏 金沢大学, フロンティア工学系, 准教授 (50455185)
坂井 建宣 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10516222)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | インデンテーション試験 / ひずみ速度依存性 / 温度依存性 / ひずみゲージ / 高密度ポリエチレン / 分子動力学 / 有限要素解析 / マルチレイヤーインデンテーション / MEMS半導体ひずみゲージ / 高分子材料 / マルチレイヤーインデンテーション法 / 動的 / 衝撃 |
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| Outline of Research at the Start |
力学特性を原子/分子レベルの構造とその挙動を考慮したミクロな視点から明らかにするマルチスケール材料力学が盛んに研究されているが，ミクロな結果が実験で得られるマクロな結果に直結できない課題がある。そこで，高分子材料の変形過程が各測定スケールの階層（レイヤー）に依存することを利用する。超高時間分解能を有するMEMS半導体ひずみゲージの新開発，2段インデンターによる変形量ジャンプ試験などのインデンテーション技術とともに，分子動力学とその粗視化を通じて，変形レイヤーのワンパス横断によりミクロからマクロの力学特性を連続的に評価できる新技術【マルチレイヤーインデンテーション法】を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，変形レイヤーのワンパス横断によりミクロからマクロの力学特性を連続的に評価できる「マルチレイヤーインデンテーション法」を開発し，ミクロとマクロを繋ぐことで真のマルチスケール材料力学の学理基盤を作ることを目的としている。
最終年度で，高速インデンテーション試験装置の開発が完了した。これにより，X線分析環境などでその場観察が可能となり，ひずみ速度の影響を考慮したミクロな変形機構とマクロな強度物性を連結することが可能となった。これは，マルチレイヤーインデンテーション法の基盤となる。
昨年度から引き続き，衝撃インデンテーション試験装置に必要なMEME半導体ひずみゲージのデザインおよび設計を行なった。陽解法有限要素解析を用いて，応力波を考慮したMEME半導体ひずみゲージの形状デザインは完了したが，作製プロセスが非常に難しく，試作品の作製が限界であった。
ナノインデンテーション解析を分子動力学シミュレーションにより行った。インデンターの直下の応力分布より，インデンターと材料の界面に応力集中が起きるのではなく，界面より材料側において応力集中が発生していることが明らかになった。
試験対象とした高密度ポリエチレン（HDPE）については，引張試験を行い，温度・ひずみ速度依存性を確認し，その傾向が圧縮試験をほぼ同様であることを示した。HDPEの材料強度の異方性を理解した上で，メカニズムの検討の下地ができた。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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