2022 Fiscal Year Annual Research 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 | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
三浦 鴻太郎 弘前大学, 理工学研究科, 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 |
2022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に関する数値結果を国内外の学会で発表するとともに，数値結果の整理および関連する研究の情報収集を行った．インデンテーション試験による水分含有量の異なる軟材料の粘弾性特性評価に関する実験結果においても国内学会で発表を行った．これらの結果は今後，国際ジャーナルに投稿していく予定である．
関節軟骨の構造を想定した積層構造を有する湿潤多孔質弾性体の押込み問題に関する解析手法を確立した．積層構造の影響は伝達マトリックス法を用いることにより首尾よく表すことができて，実時間での解析解は数値ラプラス逆変換を適用することで求めることができた．本解析手法は，単一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よく一致して妥当性を確認できた．積層構造の影響を考慮した数値解析によって，積層化することで表面沈下量が変化することが確認できた．また，表面と多孔質体基礎の透水性の影響が表面沈下の進行速度に大きく影響することが分かった．さらに，数値結果を整理する過程で，本解析手法は瞬間的な時間領域の数値計算が困難であることが分かった．これは伝達マトリックス法で桁数の大きな指数関数を扱う必要があるためである．今後は，伝達マトリックス法の部分で解析手法を改善する必要がある．
本解析手法により，インデンテーション試験による湿潤した多孔質材料の力学的特性評価法の基礎は構築できたと考えている．本解析手法では，多孔質材料に一定の負荷を加えたときの表面沈下量の時間変化を求められる．一方で開発したインデンテーション試験は一定の表面変位を与えたときの荷重の時間変化を収集するシステムとなっていて，今後は本解析手法の解析解に対応するように装置の改善が必要である．
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