2021 Fiscal Year Research-status Report
Design of mechanical properties of core structures based on science of origami
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21K03755
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
石田 祥子 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (40636502)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | コア構造 / 複合材 / Metamaterial / 塑性変形 / 折紙 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ハニカムコアは軽量高剛性な構造として広く普及しており，ハニカムコアを用いて機械を設計する上で強度や剛性は特に重要な特性である．2021年度の主な研究実績は以下の通りである．
■折紙の数理による新ハニカムコアの設計
折紙の数理を基に，従来のハニカムコアよりも面外強度を向上させた新たなハニカムコアを設計した．本ハニカムコアはカブトムシの鞘翅に見られる構造が面外強度の向上に貢献していることから，類似した構造をハニカムコアに内包させたものである．さらに，従来のハニカムコアと同様の製造法を踏襲できるよう，折紙の数理に基づいて形状を設計した．有限要素解析により，ある設計パラメータにおいて本ハニカムコアの強度が従来のハニカムコアに対して数十％向上することが確認できた．本成果は形状の意匠性，製造法および機械的特性の観点から特許を出願し，国内外の学会にて口頭発表を行った．また，実験的評価を行うため，面外圧縮に用いる落錘試験機の治具を設計・製作した．
■円筒ハニカムコアのせん断剛性
折紙の数理に基づいて設計した円筒ハニカムコアを自動車用タイヤに適応した際，車重による面外圧潰ではなく駆動トルクによるせん断荷重により圧潰したことから，円筒ハニカムコアのせん断剛性およびせん断強度の評価手法の検討を行った．理論的アプローチおよび有限要素法により，円筒ハニカムコアのせん断剛性と設計パラメータとの関係を明らかにした．本成果は国内の学会にて口頭発表を行った．また，実験的評価を行うため，従来のハニカムコアのせん断圧縮試験を行い，本手法を円筒ハニカムコアへ適用する準備を行った．
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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
カブトムシの鞘翅に見られる構造を模倣した新たなハニカムコアは，有限要素解析により従来のハニカムコアよりも面外強度が向上することが示され，特許を出願した．特許出願は想定以上の成果であり，民間への技術移転も視野に入れて研究成果の発表を進めている．円筒ハニカムコアに関しては，理論的および数値的手法によりせん断剛性を評価することができた．これは想定通りの進捗である．
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| Strategy for Future Research Activity |
■折紙の数理による新ハニカムコアの設計
2021年度の面外強度に関する成果をまとめた学術論文を執筆中である．これまでの成果は主に理論的および数値的手法によるものであるため，2022年度は本ハニカムコアを試作し，実験的評価を進めていく．また，面外剛性，せん断剛性といった特性についても明らかにする．民間への技術移転も視野に入れ，汎用性の高い金属材料での試作も検討する．
■円筒ハニカムコアのせん断剛性
従来のハニカムコアのせん断実験での問題点に注意し，円筒ハニカムコアのせん断実験装置の製作および実験手法を検討する．
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Research Products
(8 results)
