2023 Fiscal Year Research-status Report
Computational homogenization of soft composite plates and shells toward elucidating high-order geometrical pattern transformation
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22K14142
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
松原 成志朗 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40823638)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ソフトマテリアル / 表面不安定 / 溶媒拡散・変形連成解析 / 増分ポテンシャル法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，ソフトマテリアルの力学挙動に重点を置いた研究を遂行した．具体的には，（a）ソフトマテリアルのクリース生成に関する計算力学手法の構築と機構解明，および（b）水分の浸潤・拡散を考慮したハイドロゲルの動的膨潤解析と分子鎖の伸び切り効果による影響調査に取り組んだ．(a)では，古典的な分岐座屈理論では捉えることのできない，表面に鋭い溝を形成するクリースパターンについて，そのスケールフリー性によるメッシュ依存性の障壁を回避しながら発生条件を特定する方法論を提案した．また，クリースの生成に強く影響する固体と外界の界面に働く表面張力を慣例的なクリース解析の結果から後天的に評価する手法を構築した．以上の手法を用いて，非圧縮neo-Hookean弾性体の一般的な負荷条件下におけるクリースの発生条件を評価し，クリース生成面に直交する方向の変形に左右されてクリースの発生条件が変化することを示した．以上の成果は，固体力学で由緒ある国際誌に掲載されている．（b）では，ソフトマテリアルの代表格であるハイドロゲルについて，水分の浸潤・拡散現象を支配する拡散方程式と膨潤挙動を支配する力のつり合い式を単位時間あたりのエネルギーポテンシャル速度の形式で統一的に記述し，変分理論に整合した連成解析モデルを作成した．加えて，Hu-Washizuの変分原理を導入し，圧力変数を未知量に加えることでハイドロゲルの非圧縮性を考慮した．前年度に開発した再分割安定化法に基づくIsogeometric解析手法と組み合わせることで，ハイドロゲルの溶媒拡散・変形連成挙動を正しく評価することができた．以上の手法を用いて，ハイドロゲルを構成する分子鎖の伸び切り効果が連成挙動に与える影響を調査し，伸び切りによるひずみ硬化の強さに応じて拡散挙動が高速化されることを示した．得られた成果は，今年度に論文として国際誌に投稿する予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
Isogeometric解析手法の整備とソフトマテリアルの力学挙動の評価については，当初の目的に近いところまで進めることができたが，板・シェル均質化法については未だ試行錯誤の段階であるため，若干，進捗は遅れている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，板・シェル均質化法の整備に集中する．基盤となる計算プログラムは完成しているので，トライアンドエラーを繰り返すことで本手法の完成に尽力する．その際，マルチスケール解析の専門家と定期的にディスカッションを行って手法の改善点を適宜，洗い出し，進捗を最適化する．
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| Causes of Carryover |
今年度は，ソフトマテリアルの力学挙動評価に関する研究を遂行しており，追加の計算資源を必要としなかったため，次年度使用額が生じた．今年度は，過去2年間で得られた成果の発信と計算を円滑に進めるためのデータストレージやアプリケーションの購入に際して支出を行う予定である．
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