Development of multi-layer indentation method connecting micro and macro mechanical properties

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01221
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• Principal Investigator: Yamada Hiroyuki 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (80582907)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 洞出 光洋 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (30583116) ; 小笠原 永久 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (60262408) ; 樋口 理宏 金沢大学, フロンティア工学系, 准教授 (50455185) ; 坂井 建宣 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10516222)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: インデンテーション試験 / 高分子材料 / ひずみ速度 / ひずみゲージ / 有限要素解析 / MEMS

Outline of Final Research Achievements

This study aims to develop a new MEMS semiconductor strain gauge with high time resolution, together with an indentation technique that expands the deformation field, using the fact that the deformation process of polymeric materials depends on the hierarchy of each measurement scale (defined as layer), and to develop a multi-layer indentation method that can evaluate mechanical properties from micro to macro by a one-pass traversal of the deformation layer. The effect of strain rate on the compressive properties of high-density polyethylene was clarified, and the developed high-speed indentation test apparatus can be used to develop a multi-layer indentation test by in situ observation of the microstructure of high-density polyethylene during indentation.

Free Research Field

材料力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

社会で幅広く使用されている高分子材料の1つである高密度ポリエチレンの圧縮特性のひずみ速度依存性を明らかにした．また，これまでにないひずみ測定が可能な，MEMS半導体ひずみゲージの設計が完了した．さらに，その場観察が可能な高速インデンテーション試験装置を開発した．これらを統合することで，材料のミクロな変形とマクロな変形を結びつけるマルチスケール材料力学への展開が可能となった。．