Transformative Designing of Structural Materials Based on Lightweight Metallic Cellular-Solids Composed of Tachi-Miura Polyhedron
| Project/Area Number |
22K18750
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
|
|---|
| Research Institution | Kanazawa University |
|---|
Principal Investigator |
國峯 崇裕 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (90612705)
|
|---|
| 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, 航空技術部門, 宇宙航空プロジェクト研究員 (10910903)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| 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)
|
|---|
| Keywords | Cellular Solids / Tachi-Miura多面体 / 圧縮試験 / 衝撃試験 / 3Dデザイン / SUS316L / AlSi10Mg / 圧縮変形挙動 / セル構造体 / 折紙構造 / 金属積層造形 / 軽量構造材料 / 衝撃吸収機構 |
|---|
| 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。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は研究計画に従い，（I）Tachi-Miura多面体（TMP）によるセル構造体のデザインと数値解析による機械特性の予測，（II）金属積層造形によるセル構造体の精密な構造制御と試作，（III）圧縮試験・衝撃試験による新規セル構造体の機械的性質の検証を実施した．（I）では特に種々のセル構造体の形状パラメータを変化させることで，相対密度と圧縮強度の関係性について検討を行った．この数値解析結果を基にして，次年度では軽量化と圧縮強度の向上が同時に期待できる形状パラメータで実際にTMP構造体の試作を実施し，実際に圧縮強度を検証する．（II）では今年度は最も典型的な種々の形状の6種類のTMP筒状構造体をステンレス鋼（SUS316L）とアルミニウム合金（AlSi10Mg）を用いて試作を行った．（III）では試作した構造体を用いて，準静的圧縮試験と衝撃試験を実施し，これらの最も典型的なTMP筒状構造体の剛性や圧縮強度，荷重-変位曲線を調べた．また変形前後の折り目部の微細組織観察を走査型電子顕微鏡/電子後方散乱回折（SEM-EBSD）により実施し，ミクロな変形を調べた．このミクロ変形に関する知見は次年度に金属積層造形による折紙構造の製作において形状最適化に反映させる予定である．これらの実験結果と，今年度において数値解析的に検討することで見出されたセル構造体の試作モデルによる試験結果の比較検討を次年度に実施する．そして従来のセル構造体では達成できなかった軽量化と相反する圧縮強度の合理的な制御を目指す．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に記載した予定通りに構造体の数値解析や特性評価実験は進んでおり，次年度の研究の見通しも立っているため．
|
| Strategy for Future Research Activity |
数値解析で探索した形状パラメータに基づき，軽量化と圧縮強度の向上が同時に期待できるTMPセル構造体を試作し，試験を実施していく予定である．
|
Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
