2021 Fiscal Year Annual Research Report
Computational Mesoscale Design of Cementitious Materials
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21H01403
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大野 元寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (30821970)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / セメント系材料 / 3Dプリンティング / ジェネレーティブデザイン / メソスケール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度はメソスケールデザイン手法の開発と3Dプリンティング可能な高靭性繊維補強モルタル材料の開発に取り組んだ。前者では、ランダムおよび強化学習にもとづく内部構造のデザイン案の自動生成と、3次元動的非線形構造解析システムを用いた性能評価を統合した解析フレームワークを構築した。構築したフレームワークを用いて、トラス型の内部構造を有するセメント系材料のメタマテリアルに対し、獲得可能な巨視的力学性能の範囲の推定、優れた性能を有するメタマテリアルの内部構造の幾何的特徴の抽出、それらの優れた力学性能が発現するメカニズムに関する検討も行った。また、実験的にそれを検証し、構築したフレームワークの妥当性と有用性を確認した。これらの成果は2022年度中に国際学会および雑誌論文にて発表予定である。3Dプリンティング可能な高靭性繊維補強モルタル材料の開発では、5％を超える終局引張ひずみを有する繊維補強モルタルを開発できたが、3Dプリンティングにおける吐出性の課題が残っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
メソスケールデザイン手法の開発については、当初想定していた解析フレームワークの開発が予定通り完了しただけではなく、それを用いたメタマテリアルの探索、高性能が発現するメカニズムの検討、フレームワークの実験的検証なども行い、想定した以上の進展があった。3Dプリンティング可能な高靭性繊維補強モルタル材料の開発については、吐出性に関する課題は残っているが、2022年度に解決できるものと考えている。以上を総合的に勘案すると、おおむね順調に進展しているものと判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は3Dプリンティング可能な高靭性繊維補強モルタル材料の開発を継続するとともに、3Dプリンティングによるセメント系材料のメタマテリアルの直接造形に取り組む。前者については、混錬した材料のフレッシュ性状と吐出性に関する関係を定量的に評価し、高靭性を損なうことなく吐出性を向上させる方策を検討する。また、材料側の調整だけでなく3Dプリンタ側のセッティングについても設計対象とする。3Dプリンティングによるメタマテリアルの直接造形については、大型3Dモルタルプリンタを保有する国内企業と提携し、供試体の作製を行う。力学試験を実施し、型枠打設供試体と比較した性能比較を行う。
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