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シンプルな物理モデルによる切り紙構造の力学特性-応用に向けた開発原理の提示-

Research Project

Project/Area Number 17J04315
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
Research InstitutionOchanomizu University

Principal Investigator

磯部 翠  お茶の水女子大学, 人間文化創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords切り紙構造 / 力学応答 / 材料力学 / スケーリング則
Outline of Annual Research Achievements

“切り紙構造”はシート材料に多数の切れ込みを入れた構造であり、簡単な加工でシートの大きな伸長を可能にすることができる。多様なシート材料が開発される中、その利用の幅を広げることを期待されている。本研究では切り紙構造の物理的性質を解明するため、引っ張り実験における力学応答を調べている。これまではケント紙を加工した切り紙試料を自作の装置で引っ張り、その変形初期の転移現象前後に着目して実験と理論の両アプローチを用いて研究を進めてきた。構造を簡単化したモデルについて弾性エネルギーを導くことで理論式を導き、実験結果と整合することを確認している。紙以外での素材での振る舞いの違い、初期領域において説明できていない降伏現象の説明、初期領域以外の領域の現象の解明などが課題となっていた。
今年度は、以下の二点について進捗を得た。
1.シンプルモデルと転移の不連続性…これまでと同様のシンプルモデルの理論より、転移直後にみられる降伏は、転移点における平面内変形・平面外変形での力の不連続性によるものだと示した。平面内変形・平面外変形それぞれの力に比例関係があることを導いた。実験によって以上の結果を確かめた。
2.一般化モデルにおける転移現象の発現の理論…シンプルモデルを一般化したモデルから、一般的な変形におけるエネルギー関数の変化と熱力学的な臨界現象における連続転移とのアナロジーを示した。この理論と以前の理論は、それぞれ異なるパターンの実験結果を再現した。
また、一般化モデルにおけるエネルギーと力の計算結果を、解析的にも記述することに成功した。シンプルモデルについても同様に導き、これまでの結果をすべて解析的に比較することを可能にした。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Discontinuity in the In-plane to Out-of-plane Transition of Kirigami2019

    • Author(s)
      Isobe Midori、Okumura Ko
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 88 Issue: 2 Pages: 025001-025001

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.025001

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] 身近な現象の物理 切り紙に潜む物理2017

    • Author(s)
      磯部翠、奥村剛
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 72 Pages: 360-363

    • NAID

      40021179937

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Presentation] 切り紙構造シートの力学応答2019

    • Author(s)
      磯部翠
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 切り紙構造シートの力学応答IV2018

    • Author(s)
      磯部翠
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 切り紙構造シートの力学応答2018

    • Author(s)
      磯部翠
    • Organizer
      第17回 関東ソフトマター研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 切り紙構造シートの力学応答2018

    • Author(s)
      磯部翠
    • Organizer
      ImPACT伊藤プログラム第4回若手研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Mechanical response of kirigami sheet materials2018

    • Author(s)
      Midori Isobe
    • Organizer
      第28回日本MRS年次大会 F-9:タフポリマーとその特性解析
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 切り紙構造シートの大変形2018

    • Author(s)
      磯部翠、奥村剛
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Mechanical response of kirigami sheet materials2018

    • Author(s)
      Midori Isobe, Ko Okumura
    • Organizer
      APS March Meeting 2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mechanical response of kirigami sheet materials2018

    • Author(s)
      Midori Isobe, Ko Okumura
    • Organizer
      DYFP2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 切り紙構造シートの力学特性2017

    • Author(s)
      磯部翠、奥村剛
    • Organizer
      第16回関東ソフトマター研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 切り紙構造シートの力学応答III2017

    • Author(s)
      磯部翠、奥村剛
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 切り紙構造シートの力学応答2017

    • Author(s)
      磯部翠、奥村剛
    • Organizer
      ImPACT伊藤プログラム第3回若手研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 切り紙構造シートの力学応答2017

    • Author(s)
      磯部翠、奥村剛
    • Organizer
      第7回ソフトマター研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Mechanical response of kirigami sheet materials2017

    • Author(s)
      Midori Isobe, Ko Okumura
    • Organizer
      Hokkaido University-ImPACT Joint Symposium on Advanced Soft Matter: From Single Molecule to Tough Polymers
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mechanical response of kirigami sheet materials2017

    • Author(s)
      Midori Isobe, Ko Okumura
    • Organizer
      Japan-Taiwan Bilateral Symposium on Physical Chemistry of Tough Polymers for Future Vehicles
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 切り紙構造シートの力学応答2017

    • Author(s)
      磯部翠、奥村剛
    • Organizer
      第27回非線形反応と協同現象研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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