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CFRP積層板における負のポアソン比の発現とその検証ならびに応用に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 16K05966
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関筑波大学

研究代表者

松田 哲也  筑波大学, システム情報系, 准教授 (90345926)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2016年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワードポアソン比 / CFRP / 複合材料 / 非弾性 / マルチスケール / 機械材料・材料力学 / 複合材料・物性
研究成果の概要

本研究では,非弾性領域におけるCFRP(炭素繊維強化プラスチック)積層板の負のポアソン比を高精度3次元ディジタル計測により直接的に測定し,負のポアソン比の発現・増大が起こることを実証した.得られた実験結果を研究代表者らが開発した均質化解析手法による結果と比較し,手法の妥当性を示した.さらに,負のポアソン比を再現可能な非弾性マクロ構成モデルを作成し,それを汎用有限要素解析ソフトウェアへ組み込むことで,応用例を検討した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は,CFRP積層板が負のポアソン比を呈するとともに,その絶対値が非弾性変形の進行とともに増大していくという特異な現象を示すことを世界で初めて実測したものであり,当該分野にインパクトを与える学術的意義の高い成果と言える.また本研究成果では,この特異な現象を,一般に用いられている汎用有限要素解析ソフトウェアにより簡便に解析できる手法を開発することにも成功しているから,その応用開発や複合材構造設計の高度化につながる社会的意義のある成果と言える.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (35件) (うち国際学会 11件、 招待講演 10件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Measurement of Negative Poisson's Ratio of CFRP Laminates Using 3D Digital Scanning Method2019

    • 著者名/発表者名
      R. Oikawa, G. Kubo, T. Matsuda, K. Goto, N. Ohno, M. Arai
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 794 ページ: 182-187

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/kem.794.182

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a Decoupled Multiscale Analysis Method for Woven Composites2019

    • 著者名/発表者名
      H. Nagaoka, T. Matsuda, T. Ogaki
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 794 ページ: 89-96

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/kem.794.89

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elasto-Viscoplastic Analysis for Negative Through-the-Thickness Poisson’s Ratio of Woven Laminate Composites based on Homogenization Theory2018

    • 著者名/発表者名
      K. Goto, M. Arai, T. Matsuda, G. Kubo
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 146-147 ページ: 455-461

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2017.11.045

    • NAID

      120006558928

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Novel Basic Cell Modeling Method for Elastic-Viscoplastic Homogenization Analysis of Plain-Woven Laminates with Nesting2018

    • 著者名/発表者名
      Gai Kubo, Tetsuya Matsuda, Yoshihiko Sato
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 印刷中 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1016/j.ijmecsci.2018.01.007

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-Scale Analysis of Thermal Behavior of CFRP Laminates Based on a Thermoelastoviscoplastic Homogenization Theory2016

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Matsuda, Jin Toyomura, Tsubasa Ogaki, Masahiro Arai
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 725 ページ: 433-438

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/kem.725.433

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Micro/Meso/Macro Thermal Properties of Plain-Woven Laminates2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Sato and Testuya Matsuda
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 725 ページ: 439-444

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/kem.725.439

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Elasto-Viscoplastic Analysis of Slanting-Weft Woven Fabric Composites Based on Homogenization Theory2016

    • 著者名/発表者名
      K. Goto, T. Tomioka, M. Arai, T. Matsuda
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 725 ページ: 410-415

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/kem.725.410

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 均質化理論に基づく一方向CFRTPの熱弾粘塑性特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      後藤圭太, 野川直翔, 荒井政大, 松田哲也
    • 雑誌名

      計算数理工学論文集

      巻: 16 ページ: 115-120

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of laminate misalignment on macroscopic strength and microscopic damage development of plain-woven laminates2016

    • 著者名/発表者名
      Gai Kubo and Tetsuya Matsuda
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Letters

      巻: 2 号: 0 ページ: 16-00248-16-00248

    • DOI

      10.1299/mel.16-00248

    • NAID

      130005154007

    • ISSN
      2189-5236
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 均質化法/有限要素法に基づくFRPのマルチスケール非弾性解析2019

    • 著者名/発表者名
      松田哲也
    • 学会等名
      一般社団法人日本ゴム協会第36回ゴムの力学研究分科会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 複合材料のマルチスケール非弾性解析手法とその適用事例2018

    • 著者名/発表者名
      松田哲也
    • 学会等名
      IDAJ Soulution Seminar Vol.64, SIMULA Abaqus事例紹介セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A Basic Cell Modeling Method for Homogenization Analysis of Plain-Woven Composites with Nesting2018

    • 著者名/発表者名
      G. Kubo, T. Matsuda
    • 学会等名
      13th World Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CFRPに対する弾-粘塑性マクロ構成モデルおよび損傷則の汎用FEMソフトウェアへの導入2018

    • 著者名/発表者名
      栗田大和,大垣翼,松田哲也
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2018 材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 平織GFRP積層板の弾-粘塑性挙動の温度依存性とマルチスケール解析2018

    • 著者名/発表者名
      手塚惇平,長岡央磨,久保凱,松田哲也,後藤圭太,荒井政大
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2018 材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] トリプルスケール均質化法を用いた平織GFRP積層板の温度依存弾-粘塑性特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      手塚惇平,長岡央磨,久保凱,松田哲也,後藤圭太,荒井政大
    • 学会等名
      日本機械学会第31回計算力学講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 炭素繊維強化複合材料の弾-粘塑性マクロ構成モデルおよび損傷則の汎用FEMソフトウェアへの導入2018

    • 著者名/発表者名
      栗田大和, 松田哲也, 大垣翼
    • 学会等名
      日本計算工学会夏季学生講演会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 一方向CFRPに対する弾-粘塑性マクロ構成モデルおよび損傷則の汎用FEMソフトウェアへの導入2018

    • 著者名/発表者名
      栗田大和, 松田哲也, 大垣翼
    • 学会等名
      日本機械学会第26回茨城講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 様々な温度環境における平織GFRP積層板の弾-粘塑性挙動およびマルチスケール解析2018

    • 著者名/発表者名
      手塚惇平, 長岡央磨, 久保凱, 松田哲也
    • 学会等名
      日本機械学会第26回茨城講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 複合材料に対する連成/非連成マルチスケール非弾性解析手法の開発と検証2018

    • 著者名/発表者名
      松田哲也, 長岡央磨, 大垣翼 久保凱 手塚惇平 佐藤仁彦
    • 学会等名
      産業技術総合研究所第28回CD-FMatセミナー
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiscale Analysis of Damage Development and Strength for Various woven Composites with Laminate Misalignment2017

    • 著者名/発表者名
      G. Kubo, T. Matsuda
    • 学会等名
      2nd International Conference on Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Decoupled Multiscale Structural Analysis of Woven laminates Based on a Homogenized Elastic-Viscoplastic Macroscopic Constitutive Model2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ogaki, T. Matsuda
    • 学会等名
      3rd Joint Turkey-Japan Workshop on Polymeric Composite Materials
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of Micro/Meso/Macro Creep Properties of Plain-Woven GFRP Laminates2017

    • 著者名/発表者名
      H. Nagaoka, T. Matsuda, Y. Sato
    • 学会等名
      3rd Joint Turkey-Japan Workshop on Polymeric Composite Materials
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 均質化マクロ構成モデルを用いた織物複合材料の非連成弾-粘塑性マルチスケール構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      大垣翼, 松田哲也
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2017材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] トリプルスケール均質化法を用いた平織GFRP積層板のクリープ解析2017

    • 著者名/発表者名
      長岡央磨, 久保凱, 松田哲也, 佐藤仁彦, 荒井政大
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2017材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 平織GFRP複合材料のマルチスケールクリープ解析2017

    • 著者名/発表者名
      長岡央磨, 松田哲也,, 久保凱, 佐藤仁彦
    • 学会等名
      日本計算工学会夏季学生講演会2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ディジタルイメージを用いた手法に基づくCFRP積層板の積層方向ポアソン比の計測2017

    • 著者名/発表者名
      及川陸斗, 松田哲也, 後藤圭太, 大野信忠, 宮下進太郎, 川崎雄介, 久保凱, 佐藤仁彦, 荒井政大
    • 学会等名
      日本複合材料学会第42回複合材料シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ディジタルイメージを用いた手法によるCFRP積層板の負のポアソン比の測定2017

    • 著者名/発表者名
      及川陸斗, 松田哲也, 後藤圭太, 大野信忠, 宮下進太郎, 川崎雄介, 久保凱, 佐藤仁彦, 荒井政大
    • 学会等名
      日本機械学会第25回茨城講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 均質化マクロ構成モデルに基づく平織積層板のクリープ解析2017

    • 著者名/発表者名
      長岡央磨, 松田哲也, 大垣翼, 久保凱, 佐藤仁彦
    • 学会等名
      日本機械学会第25回茨城講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 種々の織物複合材料の損傷挙動・強度特性とその積層ずれ依存性の均質化解析2017

    • 著者名/発表者名
      久保凱, 松田哲也
    • 学会等名
      日本計算工学会第22回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] マルチスケール解析のバリデーションと不確かさの導入事例2017

    • 著者名/発表者名
      松田哲也, 久保凱
    • 学会等名
      日本計算工学会不確かさのモデリング・シミュレーション法に関する研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Two-Scale Analysis of Thermal Behavior of CFRP Laminates Based on a Thermoelastoviscoplastic Homogenization Theory2016

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Matsuda, Jin Toyomura, Tsubasa Ogaki, Masahiro Arai
    • 学会等名
      13th Asia-Pacific Symposium on Engineering Plasticity and Its Applications
    • 発表場所
      Hiroshima University, Higashi-Hiroshima, Japan
    • 年月日
      2016-12-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ディジタルイメージを用いたCFRP積層板の負のポアソン比の測定2016

    • 著者名/発表者名
      松田哲也, 後藤圭太, 大野信忠, 宮下進太郎, 川崎雄介, 久保凱, 佐藤仁彦, 荒井政大
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2016材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      神戸大学六甲台第二キャンパス(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-10-09
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 熱弾粘塑性ツースケール解析手法を用いたL字型CFRPのスプリングイン解析2016

    • 著者名/発表者名
      大垣翼, 豊村仁, 松田哲也, 荒井政大
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2016材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      神戸大学六甲台第二キャンパス(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-10-08
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 種々の織構造を有する織物複合材料のマルチスケール損傷進展シミュレーション2016

    • 著者名/発表者名
      久保凱, 松田哲也
    • 学会等名
      日本機械学会第29回計算力学講演会
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-09-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 均質化マクロ構成モデルに基づく複合材料の非連成弾-粘塑性マルチスケール解析2016

    • 著者名/発表者名
      大垣翼, 松田哲也, 荒井政大
    • 学会等名
      日本複合材料学会第41回複合材料シンポジウム
    • 発表場所
      高知工科大学永国寺キャンパス(高知県高知市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 平織/綾織/朱子織積層板のマルチスケール損傷進展解析2016

    • 著者名/発表者名
      久保凱, 松田哲也
    • 学会等名
      日本複合材料学会第41回複合材料シンポジウム
    • 発表場所
      高知工科大学永国寺キャンパス(高知県高知市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Multiscale Inelastic Analysis of Heterogeneous Materials: Simulation and Validation2016

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Matsuda, Gai Kubo, Tsubasa Ogaki, Yoshihiko Sato
    • 学会等名
      Seminar at NASA Langley Research Center
    • 発表場所
      NASA Langley Research Center, Virginia, USA
    • 年月日
      2016-08-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Negative Through-the-Thickness Poisson’s Ratio of CFRP Laminates: Analysis Based on Homogenization Theory2016

    • 著者名/発表者名
      Keita Goto, Tetsuya Matsuda, Nobutada Ohno, Shinichiro Miyashita, Yusuke Kawasaki, Gai Kubo, Yoshihiko Sato, Masahiro Arai
    • 学会等名
      Seminar at NASA Langley Research Center
    • 発表場所
      NASA Langley Research Center, Virginia, USA
    • 年月日
      2016-08-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multiscale Simulation and Validation for Inelastic Heterogeneous Materials2016

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Matsuda, Gai Kubo, Tsubasa Ogaki, Yoshihiko Sato
    • 学会等名
      Mini-workshop on Practical Multiscaling
    • 発表場所
      Colombia University in the City of New York, New York , USA
    • 年月日
      2016-08-15
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Damage Development Analysis under Biaxial Loading for Plain-Woven Laminate Composites based on Homogenization Theory2016

    • 著者名/発表者名
      Keita Goto, Takuya Tomioka, Masahiro Arai, Tetsuya Matsuda
    • 学会等名
      2016 M&M International Symposium for Young Researchers
    • 発表場所
      State University of New York at Stony Brook, New York, USA
    • 年月日
      2016-08-11
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 微視構造を有する材料の非弾性マルチスケール解析とバリデーション2016

    • 著者名/発表者名
      松田哲也, 久保凱, 佐藤仁彦, 大垣翼, 山内和真
    • 学会等名
      「超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト」ワークショップ
    • 発表場所
      秋葉原ダイビル5階カンファレンスフロア(東京都千代田区)
    • 年月日
      2016-08-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis of Micro/Meso/Macro Thermoelastoviscoplastic Properties of Plain-Woven CFRP Laminates2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Sato, Tetsuya Matsuda, Yuki Iwashita
    • 学会等名
      12th World Congress on Computational Mechanics
    • 発表場所
      Coex Convention & Exhibition Center, Seoul, Korea
    • 年月日
      2016-07-26
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Multiscale Damage Analysis Method for Plain-Woven Laminates Based on a Homogenization Theory2016

    • 著者名/発表者名
      Gai Kubo, Tetsuya Matsuda
    • 学会等名
      12th World Congress on Computational Mechanics
    • 発表場所
      Coex Convention & Exhibition Center, Seoul, Korea
    • 年月日
      2016-07-26
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 不均質材料のマルチスケール非弾性解析手法の開発とバリデーション2016

    • 著者名/発表者名
      松田哲也, 久保凱, 佐藤仁彦, 大垣翼, 山内和真
    • 学会等名
      SIPコロキウム第3回「マルチスケール力学の現状と課題」
    • 発表場所
      東京大学駒場キャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-07-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] 熱弾粘塑性ツースケール解析手法に基づくCFRP積層板の熱残留応力・熱変形解析2017

    • 著者名/発表者名
      松田哲也, 豊村仁, 大垣翼, 荒井政大
    • 総ページ数
      480
    • 出版者
      技術情報協会
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 筑波大学松田哲也研究室ホームページ

    • URL

      http://www.kz.tsukuba.ac.jp/~matsuda/

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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