2016 Fiscal Year Annual Research Report
Multiscale nonlocal modeling of mechanical property of plastic foam
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15K17943
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
内田 真 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90432624)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 発泡樹脂 / 2次均質化法 / マルチスケール / 寸法依存性 / デジタル画像相関法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
発泡樹脂は非常に軽量で，衝撃吸収性や断熱性など重要な特性を有している．しかしながら発泡率の増加とともに強度は著しく減少するため，材料の機械特性を適切に把握することが重要である．発泡樹脂の変形挙動は，材料の微視構造を形成する気泡と樹脂壁の分布構造と密接に関連しており，気泡の体積分率やサイズ，樹脂壁自身の強度や微細構造などが巨視的力学特性を大きく左右する．本研究では，微視領域のサイズの影響を評価可能な2次均質化法を応用したマルチスケールモデリングにより，発泡樹脂の微視および巨視的な力学特性を解明することを目的としている．
2次均質化法では，巨視的なひずみ，およびひずみこう配に対するエネルギー変化を最小化する解析手法であり，巨視的な不均一変形を微視領域の寸法に依存した形式で記述できる．本研究では，Update Lagrange法に基づく速度形の大変形2次均質化法による解析手法を構築した．同時に，低密度ポリエチレンフォームの引張試験を実施し，引張試験中に生じる不均一変形や体積変化を，デジタル画像相関法を用いて定量的に評価した．
一連の実験により，発泡体の応力ひずみ関係が発泡率によって変化すること，非弾性変形中，顕著な体積変化が生じること，変形の進行に伴って材料に局所変形が生じ，それが進展して破断に至ること，試験片と気泡の寸法比が1に近づくほど不均一変形に対する抵抗が大きくなることがわかった．以上のような実験結果を踏まえ，微視領域を六角形の気泡が周期的に配列した2次元構造としてモデル化し，2次均質化法による変形解析を実施した．その結果，変形初期においては樹脂壁が主ひずみ方向に剛体回転すること，その後樹脂壁自身が微視的くびれ伝ぱを伴って大きく延伸すること，実験と同様に非弾性変形時に顕著な体積変化が生じること，2次均質化法を用いることで微視領域の寸法の影響を評価できることが明らかとなった．
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