ナノ技術および生物科学の積極導入による新しい多重機能型構造システムの研究開発

• 研究課題/領域番号: 15H04207
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 船舶海洋工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 佐藤 太裕 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00344482)
• 研究分担者: 島 弘幸 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40312392)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円); 2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2016年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2015年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 構造力学 / 構造・機能材料 / 座屈 / 生物形態模倣 / カーボンナノチューブ / 座屈変形

研究成果の概要

本研究はナノ技術および生物科学的知見を積極的に導入することにより、既存の概念にとらわれない卓越した多重機能を有する構造材料、構造システムの提案を行うことを大きな目的とするものである。具体的には「カーボンナノチューブ」に代表されるナノスケール炭素繊維の形状変形性能と、それに伴う電子状態変化を積極利用した新しい構造システムや、竹を例に植物が長年の進化の過程で獲得した力学的に最適な形態の模倣技術を活かした構造設計技術の新規提案を行ったものである．

研究成果

• [国際共同研究] 仁川大学校(韓国)
• [国際共同研究] ケンブリッジ大学(英国)
• [国際共同研究] 仁川大学校/朝鮮大学校(韓国)
• [雑誌論文] Bamboo-inspired optimal design of functionally graded hollow cylinders (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, A. Inoue and H. Shima
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 12 号: 5 ページ: e0175029-e0175029
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0175029
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Universal node distribution in three bamboo species (Phyllostachys spp.) (2017)
  • 著者名/発表者名: Inoue, A., Tochihara, S., Sato, M. and Shima, H.
  • 雑誌名: Trees -Structure and Function- 巻: 31 号: 4 ページ: 1271-1278
  • DOI: 10.1007/s00468-017-1546-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-sectional Deformation in Multi-walled Carbon Nanotubes under Hydrostatic Pressure (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, Y. Yachi, I. Koike, H. Shima and Y. Umeno
  • 雑誌名: Solid State Phenomena 巻: 258 ページ: 65-68
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.258.65
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomistic Model Analysis of Buckling Behavior of Compressed Carbon Nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Umeno, M. Sato, H. Shima and M. Sato
  • 雑誌名: Solid State Phenomena 巻: 258 ページ: 61-64
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/ssp.258.61
  • 査読あり
• [雑誌論文] 竹の節・組織構造が織り成す円筒体としての合理的な構造特性の理論的解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤太裕，谷垣俊行，佐藤諭佳，島 弘幸，井上昭夫
  • 雑誌名: 土木学会論文集Ａ２（応用力学） 巻: 72 号: 2 ページ: I_25-I_34
  • DOI: 10.2208/jscejam.72.I_25
  • NAID: 130005311786
  • ISSN: 2185-4661
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-adaptive formation of uneven node spacings in a wild bamboo (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Shima, M. Sato and A. Inoue
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 93 号: 2 ページ: 022406-022406
  • DOI: 10.1103/physreve.93.022406
  • NAID: 120005722552
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 竹の組織配列に学ぶ複合円筒構造の応力負担最適化に関する考察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 太郎
  • 学会等名: 土木学会北海道支部平成29年度年次技術研究発表会
• [学会発表] Stone-Wales欠陥を有した単層カーボンナノチューブの静水圧荷重下における座屈挙動解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鎌田 弥成
  • 学会等名: 土木学会北海道支部平成29年度年次技術研究発表会
• [学会発表] 剛性の傾斜分布にみる竹の力学的最適化戦略 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮川 奨
  • 学会等名: 第21回応用力学シンポジウム
• [学会発表] 静水圧荷重下におけるStone-Wales欠陥を有するCNTの特異な断面変形性質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷内 湧
  • 学会等名: 第21回応用力学シンポジウム
• [学会発表] カーボンナノチューブの軸圧縮挙動における層間相互作用の力学的役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石上 一翔
  • 学会等名: 第21回応用力学シンポジウム
• [学会発表] 竹の特異な組織配列から学ぶ円筒構造の傾斜剛性の最適化に関する考察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮川 奨
  • 学会等名: 平成28年度土木学会北海道支部年次技術研究発表会
  • 発表場所: 北見工業大学（北見市）
• [学会発表] カイラリティの違いがカーボンナノチューブの断面座屈荷重に及ぼす影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 樋口 諒
  • 学会等名: 平成28年度土木学会北海道支部年次技術研究発表会
  • 発表場所: 北見工業大学（北見市）
• [学会発表] Rational bending properties of wild bamboo with peculiar tissue structures and nodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Tanigaki
  • 学会等名: The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
  • 発表場所: Jeju, Koria
  • 年月日: 2016-08-29
  • 国際学会
• [学会発表] 曲げを受ける多層カーボンナノチューブの座屈挙動におけるサイズ依存性の理論的検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石上一翔
  • 学会等名: 土木学会北海道支部平成27年度年次技術研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2016-01-31
• [学会発表] 静水圧荷重を受ける単層及び多層カーボンナノチューブにおける座屈挙動解析モデルの精度検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷内 湧
  • 学会等名: 土木学会北海道支部平成27年度年次技術研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2016-01-31
• [学会発表] 特異な組織構造がもたらす竹構造の合理的な曲げ抵抗性に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷垣俊行
  • 学会等名: 土木学会北海道支部平成27年度年次技術研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2016-01-31
• [学会発表] VERIFICATION OF THE ACCURACY OF ANALYTICAL MODELS OF HYDROSTATICALLY PRESSURIZED BUCKLING OF SINGLEAND MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Yachi
  • 学会等名: IASTEM INTERNATIONAL CONFERENCE
  • 発表場所: Bayview Hotel Singapore（シンガポール）
  • 年月日: 2016-01-22
• [学会発表] SIZE-DEPENDENCE OF BUCKLING BEHAVIOURS IN MULTIWALLED CARBON NANOTUBES UNDER PURE BENDING (2016)
  • 著者名/発表者名: kazusa Ishigami
  • 学会等名: IASTEM INTERNATIONAL CONFERENCE
  • 発表場所: Bayview Hotel Singapore（シンガポール）
  • 年月日: 2016-01-22
• [学会発表] LEARNING FROM BAMBOO:OPTIMAL MECHANISMS OF BENDING RESISTANCE FOR CYLINDRICAL STRUCTURES (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuka Sato
  • 学会等名: IASTEM INTERNATIONAL CONFERENCE
  • 発表場所: Bayview Hotel Singapore（シンガポール）
  • 年月日: 2016-01-22
• [学会発表] 竹の節・組織構造が織り成す円筒体としての合理的な構造特性の理論的解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤太裕
  • 学会等名: 第19回応用力学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学工学部（札幌市）
• [学会発表] 多層カーボンナノチューブに生じる特異な断面座屈挙動の分子動力学解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷内 湧
  • 学会等名: 第19回応用力学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学工学部（札幌市）
• [学会発表] 静水圧荷重を受ける単層及び多層カーボンナノチューブにおける座屈挙動解析モデルの検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷内 湧
  • 学会等名: 第21回計算工学講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟市）
• [学会発表] Size-dependency of Bending Moment and Critical curvature relationship in multi-walled carbon nanotubes under pure bending (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazusa Ishigami
  • 学会等名: The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
  • 発表場所: Jeju, Koria
  • 国際学会
• [学会発表] Buckling behavior analysis of hydrostatically pressurized multi-walled carbon nanotubes by molecular dynamics simulations (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Yachi
  • 学会等名: The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
  • 発表場所: Jeju, Koria
  • 国際学会
• [学会発表] 座屈状態のカーボンナノチューブに生じる波状変形モード解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 池岡直哉
  • 学会等名: 土木学会平成27年度全国大会第70回年次学術講演会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] 竹の特異な構造携帯に学ぶ円筒体の最適な曲げ抵抗メカニズムについて (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤諭佳
  • 学会等名: 土木学会平成27年度全国大会第70回年次学術講演会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] 分子動力学法を用いたカーボンナノチューブに生じる特異な断面座屈モードの解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤太裕
  • 学会等名: 日本計算工学会第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2015-06-09
• [学会発表] 種々の外力を受けるカーボンナノチューブの波状変形モード解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 池岡直哉
  • 学会等名: 土木学会第18回応用力学シンポジウム
  • 発表場所: 金沢大学（金沢市）
  • 年月日: 2015-05-17
• [学会発表] 竹の特異な構造形態に学ぶ円筒構造の最適な曲げ抵抗メカニズムに関する基礎的検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤諭佳
  • 学会等名: 土木学会第18回応用力学シンポジウム
  • 発表場所: 金沢大学（金沢市）
  • 年月日: 2015-05-17