2007 Fiscal Year Annual Research Report
多孔質圧電材料のイメージベース・マルチスケール解析とバイオMEMSへの応用
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17360054
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
高野 直樹 Ritsumeikan University, 理工学部, 教授 (10206782)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮野 尚哉 立命館大学, 理工学部, 教授 (10312480)
日下 貴之 立命館大学, 理工学部, 教授 (10309099)
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| Keywords | シミュレーション / 圧電材料 / 多孔質体 / イメージベースモデリング / 均質化法 / マルチスケール法 / 数値解析法 / バイオMEMS |
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| Research Abstract |
まず、多孔体のCT撮像によるイメージ処理、モルフォロジー分析、ボクセル自動モデリング、マルチスケール解析、ポストプロセシングを含む統合的ソフトウェアを完成させた。事例として、ポーラス金属のイメージベースモデリングと均質化、ならびに1cm角のマイクロパーツの破壊試験を実施し、表面のマクロひずみ計測と内部のローカル応力をマルチスケール法により解析し、開発ソフトの有効性を検証した。
次に、このイメージベース・マルチスケール法を静的解析のみならず、MEMS設計に必須となる動的解析に応用すべく、ボトルネックとなる解析コストの問題を克服すべく、高速動的マルチスケール法の研究を行った。具体的に、重合メッシュ法とモデル縮約法(model order reduction法)を併用するためのツールを開発した。特に、イメージベースモデリングによるボクセルメッシュを用いたツール開発と事例解析を行った。その結果、アーノルディ法に基づく基底作成において、100程度の十分な数の基底を作成すればグローバル挙動、ローカル挙動ともに十分な精度でとらえることが可能であることを確認した。
具体的なバイオMEMSへの応用として、本年度はマイクロニードルの経皮性薬剤搬送システムに関する力学ベースの設計手法の研究を実施した。その結果、皮膚の粘弾性特性を考慮した数値シミュレーションにより、皮膚に与える2軸張力をとらえることが可能であると示唆する実験結果を得ることができた。張力とマイクロニードルの刺入性の関係について新しい知見を得ることができた。
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