仮想クラドニ法を含むCFRP積層構造要素の動的解析法

• Project/Area Number: 21K03957
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
• Research Institution: Yamato University
• Principal Investigator: 成田 吉弘 大和大学, 理工学部, 教授 (00137407)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2023: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 複合材料 / 積層構造 / 振動解析 / 最適設計 / クラドニ法 / CFRP複合材料 / 面内振動 / 組合せ問題

Outline of Research at the Start

本研究では，種々の形状と境界条件を持つCFRP積層構造板の面内振動に対して，「任意の境界条件を持つ積層長方形板を解析するエネルギー法」を座標変換を用いて拡張する．これにより一般形状(平行四辺形，台形，円形，有孔円板，扇型板)の積層板の面内振動の解法を確立し，数値計算により精度と有効性を示す．以上は，複数の海外専門誌に投稿され，全体像は，総説として日本機械学会のMech. Eng. Reviewsに投稿，さらにモノグラフ「In-plane Vibration of Plates」の出版をする．実験クラドニ法の概念は，計算機上の仮想空間にアルゴリズムと板の面内振動への適用事例を実現する．

Outline of Annual Research Achievements

令和3年度は，基礎的な部分である「複雑な積層構成とそれに伴う機械特性を考慮した構造要素の高精度な解析法」を研究した．このためリッツ法を拡張して，任意の境界条件を組み合わせた対称積層板の面内振動を対象として，実質的に異なる境界条件の組合せを算出する組合せ論を適用した．この成果は，専門誌(Thin-walled Structures)に1編掲載された．さらに領域ごとに異なる繊維配向角度を持つブレンドレイヤー積層板の曲げ振動について，振動解析方法を開発して適用事例を計算し，その有効性を示した研究成果が専門誌(Composite Structures)に1編掲載された．さらに小さな曲率を持つ偏平シェルの固有振動数について，高精度なデザインデータとしてまとめ１編出版している．また混合境界条件を有する積層板の面内振動の方法を開発して，2021年の日本機械学会D&D2021講演会に発表した．
令和4年度は申請タイトルの根幹である積層構造要素の振動解析法について，任意の境界条件を組み合わせた偏平シェルの振動に関して海外専門誌に1編，板厚の異なる場合の固有振動数に関して1編掲載した．他に，航空宇宙構造に関する国内トップレベルの発表の場である「構造強度に関する講演会(2022.8，奈良)」で1回，日本機械学会の振動関係分野で国内の中心的な発表の場である2022年の「機械学会D&D2022講演会(2022.9，秋田)」にて成果発表した．また日本機械学会のＬＩＦＥ2022(2022.8，札幌)，北陸信越支部講演会(2023.3，福井)，九州支部講演会(2023.3，鹿児島)，および日本複合材料学会のJCCM2023(2023.3，東京)で各1回研究発表を行った．また日本機械学会が共催するタイ機械学会の国際会議で発表して，Best Paper Awardを受賞した．

Research Products

• [Journal Article] Accurate Results by the Ritz Method for Free Vibration of Uniform Annular Plates (2023)
  • Author(s): Yoshihiro Narita
  • Journal Title: Construction Technologies and Architecture Volume: 7 Pages: 11-20
  • DOI: 10.4028/p-psqb6l
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analytical and Experimental Study for Vibration of Laminated Rectangular Plates with Point Masses (2023)
  • Author(s): Shinya Honda, Katsuhiko Sasaki, Yoshihiro Narita
  • Journal Title: Construction Technologies and Architecture Volume: 7 Pages: 1-10
  • DOI: 10.4028/p-fg323a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Natural Frequencies of Isotropic Rectangular Plates in Improved Accuracy (2023)
  • Author(s): Yoshihiro Narita
  • Journal Title: EPI International Journal of Engineering Volume: 5 Issue: 1 Pages: 26-36
  • DOI: 10.25042/epi-ije.022022.05
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Vibration Analysis of Free Rectangular Plates Constrained by Translational Edge Springs (2023)
  • Author(s): Yoshihiro Narita
  • Journal Title: EPI International Journal of Engineering Volume: 5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] FEM analysis for in-plane vibration of rectangular plates with point supports (2022)
  • Author(s): Yoshihiro Narita
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings Volume: 2543 Pages: 060018-060018
  • DOI: 10.1063/5.0095421
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Accurate Results for Free Vibration of Doubly Curved Shallow Shells of Rectangular Planform (Part.2 Thickness effect) (2022)
  • Author(s): Yoshihiro Narita
  • Journal Title: EPI International Journal of Engineering Volume: 4 Pages: 204-211
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identifying all combinations of boundary conditions for in-plane vibration of isotropic and anisotropic rectangular plates (2021)
  • Author(s): Yoshihiro Narita, Michio Innami
  • Journal Title: Thin-walled Structures Volume: 164 Pages: 107320-107320
  • DOI: 10.1016/j.tws.2020.107320
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis and optimization for vibration of laminated rectangular plates with blended layers (2021)
  • Author(s): Michio Innami, Shinya Honda, Katsuhiko Sasaki, Yoshihiro Narita
  • Journal Title: Composite Structures Volume: 274 Pages: 114400-114400
  • DOI: 10.1016/j.compstruct.2021.114400
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Accurate results for free vibration of doubly curved shallow shells of rectangular planform (Part.1) (2021)
  • Author(s): Daisuke Narita, Yoshihiro Narita
  • Journal Title: EPI International Journal of Engineering Volume: 4 Issue: 1 Pages: 29-36
  • DOI: 10.25042/epi-ije.022021.05
  • NAID: 120007168153
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] インドネシアにおける工学高等教育の現状と課題 (2021)
  • Author(s): 成田吉弘
  • Journal Title: 大和大学研究紀要(理工学部編) Volume: 7 Pages: 15-23
  • NAID: 120007124233
  • Open Access
• [Presentation] 混合境界条件を考慮した偏平シェルの振動解析について (2023)
  • Author(s): 成田吉弘
  • Organizer: 日本機械学会D&D2023講演会(2023.8，名古屋)
• [Presentation] Vibration Analysis of Doubly Curved Shallow Shells Elastically Constrained along Parts of the Edges (2023)
  • Author(s): Yoshihiro Narita
  • Organizer: International Symposium on Vibration of Continuous Systems 2023 (Canada)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 混合境界条件を考慮した円筒形偏平シェルの振動解析 (2023)
  • Author(s): 成田吉弘
  • Organizer: 日本機械学会北陸信越支部講演会(2023.3，福井)
• [Presentation] 混合境界条件を持つ球形状偏平シェルの振動解析 (2023)
  • Author(s): 成田吉弘
  • Organizer: 日本機械学会九州支部講演会(2023.3，鹿児島)
• [Presentation] 部分的に弾性拘束された対称積層偏平シェルの振動解析 (2023)
  • Author(s): 成田吉弘
  • Organizer: JCCM2023(2023.3，東京)
• [Presentation] 偏平シェルの振動と Polya 理論による境界条件の組合せ数の算出 (2022)
  • Author(s): 成田吉弘
  • Organizer: 日本機械学会D&D2022講演会(2022.9，秋田)
• [Presentation] 体感を重視した大学レベルの力学教育の試み (2022)
  • Author(s): 成田吉弘
  • Organizer: 日本機械学会ＬＩＦＥ2022
• [Presentation] 積層長方形板の線形座屈と境界条件の組合せ数について (2022)
  • Author(s): 成田吉弘
  • Organizer: 日本航空宇宙学会構造強度講演会2022（2022 奈良）
• [Presentation] Analysis and Design for Vibration of a Wing-like Cantilever Composite Panel (2022)
  • Author(s): Yoshihiro Narita
  • Organizer: International Conference on Mechanical Engineering, Thai Soc. Mech. Eng.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 積層板の面内振動数の最適化について (2021)
  • Author(s): 成田吉弘，印南信男
  • Organizer: 日本機械学会Dynamics and Design Conference 2021
• [Book] 機械系大学院への四力・制御問題精選 (2023)
  • Author(s): 青木隆平，成田吉弘(2章100page担当)，他
  • Total Pages: 480
  • Publisher: 培風館
  • ISBN: 9784563067939