2019 Fiscal Year Annual Research Report
Geometric elasticity: Flexibility, rigidity, and functionality
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18K18741
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
和田 浩史 立命館大学, 理工学部, 教授 (50456753)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 弾性シェル / 折り紙の力学 / かみばね / スナップフィット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、大きく分けて二つの成果をえることができた。ひとつめは、二枚の紙を折り合わせてつくる「かみばね」のもつ力学特性を、実験と数値シミュレーションの両面から調べ、その特異な幾何学的構造から生まれる大きな「ひっぱり-ねじれ結合」の起原を明らかにしたことである。「かみばね」は子供たちによく親しまれた折り紙の一種であるが、そのばね的な弾性力とともに、ねじりによって大きく伸縮するという顕著な特徴をもち、学術的にも興味深い対象である。我々はプラスチック薄膜をもちいて精巧なかみばねモデルを系統的に作成し、その詳細な力学計測をおこなった。同時にAbaqusによる有限要素解析を実施し、実験結果とのよい一致を得た。これらとスケーリング理論を合わせ、かみばねの創発的な弾性力およびメタマテリアル的な特性を明らかにした。これらの成果をまとめた論文はPhysical Review Eに出版され、Editor's suggestion にも選出された。
ふたつめは「スナップフィット」の幾何的な力学について研究を進め、多くの新しい知見を得た。スナップフィットは、プラスッチクカバーなど、多くの工業製品の着脱部に使われる汎用的なデザインである。しかしながら、「なぜスナップフィットはうまく機能するのか」という問いに対して、必ずしも深い物理学的な理解は得られていないようである。我々は、開いた円筒形の弾性シェルがそれよりもいくぶん大きい半径をもつ円筒に押し付けられたとき、ある臨界押し込み力以上で「パチンとはまる」現象に注目し、このモデル系を実験、数値シミュレーション、解析理論を組み合わせて詳しく調べた。これらの成果をまとめた論文はプレプリントサーバに公開済みであり、現在、学術誌において査読中である。
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