2021 Fiscal Year Research-status Report
積層構造を有する湿潤多孔質弾性体の押込み接触問題の理論解析に関する研究
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20K14612
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| Research Institution | Seikei University |
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Principal Investigator |
三浦 鴻太郎 成蹊大学, 理工学部, 助教 (30846829)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 接触問題 / 関節軟骨 / 積層構造 / 多孔質材料 / 弾性論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度の研究実績によって，本研究における無限連立一次方程式に帰着させる解析手法に数値ラプラス逆変換が適用できることが分かったので，2021年度には，積層構造を有する湿潤多孔質弾性体の押込み問題の理論解析を行った．積層構造の影響を定式化するために伝達マトリックス法を用いて，首尾よく解析を行うことができた．本解析により得られた多孔質層の表面沈下量の数値結果は，非透水性剛体基礎上の多孔質層の押込み問題を解析した過去研究の数値結果と比較して，よく一致することを確認した．本研究では，さらに横弾性係数を線形に変化させた積層構造が表面沈下量に及ぼす影響を調べた．横弾性係数分布が積層多孔質表面に近づくにつれ横弾性係数が線形に大きくなる系（Hard-coating system）と小さくなる系(Soft-coating system)の基本的な二つの系を考えた．Hard-coating systemの場合には，積層構造によって表面沈下量が減少したのに対して，Soft-coating systemでは，積層構造によって表面沈下量が増加した．また，表面と多孔質体基礎の透水性・非透水性の影響も調べた結果，Hard-coating systemとSoft-coating systemのそれぞれで特徴的な変化が見られた．共通して見られた特徴として，表面が透水性の場合は，非透水性の場合に比べて表面沈下の進行が早くなっていた．実験の実施に当たっては，関節軟骨の代替材料として異なる水分含有量のゼラチン試験片を用意して，昨年度に完成させたインデンテーション試験装置により粘弾性特性の同定を行った．その結果，水分含有量と粘弾性特性には相関関係があることが確認できた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定では，2021年度に積層構造を有する湿潤多孔質弾性体の理論解を基礎としたインデンテーション試験法による力学的特性評価手法を確立し，実験を行う予定であった．本研究課題の主題である積層構造を有する湿潤多孔質弾性体の理論解析については概ね当初の目的を達成できた．しかし，昨年度に完成させたインデンテーション試験装置に得られた解析結果を適用するためには，試験装置を一定荷重制御の下で接触面における垂直変位を測定できるように改良する必要があった．本研究課題の主題である理論解析を優先的に着手した結果，試験装置の改良の検討が予定より遅れている．
以上により，本研究課題の主題は概ね目的を達成しているが，当初の研究計画では遅れが生じている部分があり，「やや遅れている」と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画である多孔質材料の力学的特性評価試験法を確立するために，試験装置の改良が必要であるが，研究代表者の所属研究機関が変わったため，実験環境の再構築に時間を要する．そのため，試験装置の改良も検討していく一方で，現状のインデンテーション試験装置を改良せずに利用するために理論解析の方面から一定変位下での接触応力および押込み力の経時変化を解析することができないか検討していく．
また，2020，2021年度で得られた多孔質弾性半無限体および積層構造を有する湿潤多孔質弾性体の解析結果を英語論文として作成していく予定であるとともに，国内外の講演会において発表する予定である．
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| Causes of Carryover |
COVID-19の影響により学会発表への旅費の支出が少なかったことが主な要因である．2022年度の消耗品費および研究成果発表（学会発表ならびに論文投稿）に関わる費用に充当する予定である．
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