2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on the transition mechanism of dynamic deformation in cellular solids
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18H01334
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
田中 展 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70550143)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | セル状固体 / 変形遷移 / 動的変形挙動 / 粘弾性特性 / 非線形構造力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，微視的内部構造を制御して機能・特性を発現するセル状固体の研究開発が盛んであり，大変形を伴うセル状固体の非線形力学特性を適切に表現できるモデルが必要とされている．本研究課題では，セル状固体の骨格を形成する接合部（節）に着目して，静解析・動解析によってセル状固体の特殊な変形機構（動的変形遷移メカニズムおよび負のポアソン比を示す膨張収縮振動特性）の解明に注力する．
動的変形遷移メカニズムに関する研究では，2020年度に構築した2次元非平衡粘弾性システムの無次元化3元連立微分方程式を解析し，速度パラメータがある臨界値に達したときに解軌道の遷移が生じることを解明した．さらに，この近似モデルの非線形応答が，慣性項を考慮したマルチボディダイナミクスによる周期セル構造体の解析結果と定性的によく一致することを明らかにした．得られた特異な動的力学特性を整理した論文は，米国物理学会の有力な科学雑誌であるPhysical Review Eに受理された．
負のポアソン比を示す3次元セル構造体の研究では，稜共有型四面体構造の固有振動特性と周波数応答特性の理論解を導出し，マルチボディダイナミクスの解析結果と一致することを確認した．本結果によって，提案する稜共有型四面体構造は，低周波数で膨潤収縮振動モードを示し，動的弾性率が反共振点をもつところでこの膨潤収縮振動が励起されることを証明した．この稜共有型四面体構造の低周波数でかつ低剛性な膨潤収縮振動特性を整理した論文は，王立学会の有力な科学雑誌であるRoyal Society Open Scienceに受理された．
上記の2つの周期構造モデルを組合せることで，4面体を基調とした新しい変形多面体構造が構築できた．これによって，動的変形遷移メカニズムを3次元問題に拡張できる可能性を見出し，双剛性特性を発現する3次元セル構造体を創製する足掛かりが得られた．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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