2021 Fiscal Year Annual Research Report
3次元複合材料コアとメタルシートからなる軽量高剛性の複層構造薄板の創製と塑性加工
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21J11337
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
ZHANG JINGWEI 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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2021-04-28 – 2023-03-31
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| Keywords | 金属/ CFRP構造 / 塑性加工 / トポロジー最適化 / 剛性 / 成形性 / 積層造形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
塑性加工可能な金属/ CFRP多層構造の設計コンセプトを提案し、金属/ CFRP多層構造の成形破壊メカニズムを明らかにし、成形プロセス中の破壊モードの正確な予測と効果的な抑制を実現する。破壊モードに及ぼすコア材料の材料特性とトポロジー構造の影響を体系的に研究することにより、コア材料のせん断破壊とパネルの座屈が主な破壊メカニズムであることが明らかになった。成形プロセスの物理モデルを構築することにより、コア材料の必要なせん断強度と、コア材料とパネルの取り付け点との間のギャップの臨界値が推定され、所定の成形半径で良好な成形が保証される。3D CFRPコア材料の連続的かつ効率的な製造は、セグメント化された成形プロセスによって実現され、曲げ剛性は従来の金属/ 2D CFRPコア材料の多層構造の4倍以上であり、室温三次元形状に加工されており、成形性に優れている。成果は、多層構造の設計理論システムを充実させ、完成させる一方で、成形性に優れた多層構造を開発するための新しい設計コンセプトと製造方法を提供する。
剛性と成形性を同時に最適化できるトポロジー最適化手法を提案し、曲げ剛性と曲げ成形性に優れた多層構造設計を提案し、構造性能と工学的応用価値を大幅に向上させる。均質化トポロジー最適化手法を四面体マイクロ格子構造と統合することにより、任意の幾何学的形状のマクロ構造のトポロジー最適化を実現し、剛性とエネルギー吸収特性を大幅に向上させたマイクロ格子ドーム構造を設計した。等方性スラブ構造を均質化されたトポロジー最適化アプローチとさらに統合すると、製造可能性、構造効率、構造等方性、および計算効率が向上した。研究成果は、機械的特性の向上を実現するだけでなく、優れた曲げ成形性を確保し、2次元フラット部品に限定されていた従来の多層構造用途の限界を打ち破り、3次元複合部品における多層構造の適用範囲を拡大する。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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