| Project/Area Number |
22K18750
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安田 博実 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (10910903)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | セル構造体 / 構造材料 / 軽量化 / 衝撃吸収 / 折紙構造 / 積層造形技術 / 構造制御 / 機械的性質 / Tachi-Miura多面体 / 金属積層造形 / 圧縮試験 / 衝撃試験 / 衝撃エネルギー吸収性能 / 形状最適化 / Cellular Solids / 3Dデザイン / SUS316L / AlSi10Mg / 圧縮変形挙動 / 軽量構造材料 / 衝撃吸収機構 |
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| Outline of Research at the Start |
空隙を積極的に利用したセル構造体は，構造材料の軽量化に有用であり，優れた衝撃吸収機能も有する。セル構造体の圧縮強度と，空隙の割合を表す相対密度の関係には，以下の課題がある。
【課題1】軽量化の追求（相対密度の低減）は，セル構造体の圧縮強度の急激な低下をもたらす。
【課題2】従来の溶融金属の発泡や粉体焼結による材料創製では，相対密度の小さなセル構造体の精密な製作に困難を伴う。
本研究では，Tachi-Miura多面体と呼ばれる折紙構造に基づく3Dデザインをセル構造体に応用し，従来のセル構造では達成できなかった軽量化と相反する強度の合理的な制御を試み，積層造形技術で構造制御されたセル構造体の製作に挑む。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, a 3D design based on the origami structure called Tachi-Miura polyhedron (TMP) was applied to metallic cellular structures. Fabrication of geometrically controlled cellular structures was carried out using additive manufacturing technology as an attempt to reasonably control weight reduction and conflicting strength, which could not be achieved with conventional metallic cellular structures. Young's modulus, compressive strength, displacement, impact energy absorption performance, relative density, etc. can be precisely controlled by changing various geometrical parameters of the TMP multi-cell structures. In these models, it was found that there was a parameter region in which the compressive strength was able to be reasonably controlled to some extent with weight reduction, which was not possible with conventional cellular structures.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では積層造形技術を駆使し，「紙」を使ったアートの側面が強い折紙構造を金属セル構造体のデザインに導入することで，構造材料の軽量化と強度の合理的な制御の実現に挑む内容であり，アート，構造・材料力学，製造技術を融合させた新規セル構造体設計という既存の学術の体系や方向を大きく変革・転換させる潜在性を大いに有している。また新規軽量構造材料による環境負荷の低い産業製品への実用にも大きな可能性を秘めている。
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