2019 Fiscal Year Research-status Report
Formulation of instability analysis on local buckling and global buckling of multi-walled carbon nanotubes
| Project/Area Number |
18K03834
|
|---|
| Research Institution | Shinshu University |
|---|
Principal Investigator |
西村 正臣 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (40554580)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 分子動力学 / カーボンナノチューブ / 座屈 / 弾性剛性係数 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，カーボンナノチューブ（CNT）への軸方向圧縮時に生じる座屈挙動について，円筒形状が一部から崩れるような局部座屈挙動と円筒形状を保ったまま湾曲するような全体座屈挙動の発生機構の違いについて，原子レベルでの力学的安定性の観点から評価することを目的としている．
令和元年度は，前年度に引き続き多層CNTを対象として，層数や寸法などを変化させた種々のモデルを作成して，分子動力学法による圧縮シミュレーションを実施することで生じる座屈挙動を検討した．特に局部座屈に関しては，円周方向への周期性を考慮した検討により大型モデルも含めた解析を実施した．その結果，原子弾性剛性係数マトリクスの第２最小固有値が負となる領域で局部座屈が生じるときの，対応する固有ベクトルを調査すると，第１最小固有値，第２最小固有値のどちらの固有ベクトルも面外方向を含むせん断ひずみに対応する方向と一致しており，局部座屈が生じる領域において，面外せん断方向の剛性がすべて失われた状態にあることが明らかとなった．
さらに，CNT単体だけではなく，周辺にポリマー構造を充填したモデルや内部にフラーレンを含有したようなモデルを対象とした座屈挙動についても，引き続き検討しており，フラーレン内包CNTにおいては内部のフラーレンの配置が変わることによって相互作用を受けたCNTの力学状態が変化して，局所の力学安定性や座屈挙動に違いが現れることなどを明らかにした．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和元年度は，当初予定していたCNT単体のみに限らず，様々な原子モデルを対象として座屈挙動を検討するとともに，原子弾性剛性係数による検討を進めたため，当初の予定よりもわずかに進捗が遅れた．
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度まで，CNTの局部座屈を局所不安定の観点から重点的に検討を進めてきたが，令和２年度は，やや遅れている全体座屈に関する検討を推し進め，分子動力学シミュレーションにおいて局部座屈と全体座屈とを分ける要因について明らかにする．
|
| Causes of Carryover |
当初計画では，大型モデルに対応するために並列計算機の購入を検討していたが，計画に遅れが生じたことと，検討すべき大型モデルを解析するためには，より高スペックな計算機にする必要があったことから，令和２年度の予算と合わせて次年度に購入を検討する．
|
