2016 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative Network Structures with Size Effect and Nonlocality
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26249002
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
澁谷 陽二 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70206150)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 構造体ネットワーク / サイズ効果 / 有限変位 / 非局所性 / 部材化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，下記の項目について実施した．
（１）ミリメートルスケールn配位構造体ネットワークの試作：新たな3次元骨組構造体ネットワークとして，負のポアソン比を示す卍型配置の3次元化構造体を3Dプリンターにより試作した．そして，それを用いた単軸の引張/圧縮試験を実施した．予想どおりの負のポアソン比を示し，かつ変形に応じたポアソン比の変化を計測できたことで，定量的に新規な変形能を確認できた．この成果は，Nature系の雑誌，Scientific Reports（インパクトファクター5.228）に掲載された．そして，変形の過程で生じる不安定現象を観測し，分岐後の挙動を荷重ー変位曲線から確認した．
（２）マイクロメートルスケール部材の試作：中実円筒，中空四角柱といったマイクロスケール部材の試作のために，集束イオンビーム機を用いたマイクロ加工を行った．その試料に対して，ナノインデンテーションを用いたマイクロピラーの単軸圧縮変形の負荷応答を調査し，力学的サイズ効果を検証した．特に，内部構造の欠陥トポロジーの変化と系全体の変形抵抗の関係に着目し，その成果は関連雑誌に掲載された．
（３）系全体の均質化弾性定数の予測：マイクロポーラ弾性体の構成式と平衡方程式，そして新たな回転自由度を持つ変位ーひずみ関係のマイクロ連続場の力学理論を均質化有限要素法に組み込んだ．線形応答の範囲ではあるが，（１）で試作されたモデルを含めた3種類の均質化弾性定数を求めた結果，ミクロ構造とマクロ構造の特性長さが大きく異なり，マクロ構想では現実的なマイクロメートルサイズの特性長さを初めて計算科学的に得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
新規な変形能を示す3次元構造体ネットワークを3Dプリンターにより試作し，その変形挙動を明らかにした成果は極めて大きい．負のポアソン比を持つ機構であることを実験的に検証し，その変形に応じた変化を定量化できたことは，最終目標のサイズ効果と非局所性を持つ構造体創製に大きく貢献した．これら一連の成果はすでにScientific Reports（インパクトファクター5.228）に掲載済みであるを考えると，現時点での区分としては当初の計画以上に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，以下の２項目を実施し，最終年度としてのとりまとめを行う．
（１）ミリメートルスケールn配位構造体ネットワークのさらなる試作：既存の3Dプリンターを活用し，昨年度に引き続き負のポアソン比を持つ異なる3次元構造体ネットワークを試作し，単軸の引張/圧縮試験を実施する．そして，節の回転に着目した観察により，マクロなスケールでの非局所性の存在と構造体との関連性について検討する．
（２）非局所化均質化有限要素法の開発と有限変位への拡張：昨年度に引き続き均質化有限要素解析の開発と，解の妥当性の検証を実施する．そして，その手法を用いて（１）で試作されたモデルの均質化弾性定数を求めるとともに，実験条件に対応する有限変位までを対象に，幾何学的非線形性を取り入れた変形挙動を解析する．このことにより，サイズ効果と非局所性の特性を併せ持つ部材化構造体ネットワークを提案し，その挙動を計算力学的に予測できることを明らかにしてまとめを行う．
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