| 研究課題/領域番号 |
18K13921
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
樋口 諒 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (00815946)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 炭素繊維強化プラスチック / 計算機援用設計 / 均質化法 / 拡張有限要素法 / 異形炭素繊維 / 炭素繊維強化複合材料 / 強度・破壊特性 / 微視構造最適化 |
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| 研究成果の概要 |
本研究では、様々な微視構造（繊維形状、直径、配置）を有する炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の巨視的な力学特性を包括的に調査可能な数値解析手法開発に取り組んだ。具体的には、拡張有限要素法（XFEM）、均質化法、モンテカルロ法を組み合わせた微視構造解析ツールを開発し、樹脂の弾塑性・損傷構成則を実装して力学特性評価を実施した。開発手法は円形・通常径繊維のCFRPの弾性特性および破壊特性をばらつきも含めて評価可能であることを確認している。また、開発手法を用いた非円形繊維のCFRPの解析により、繊維形状の設計によって、円形繊維に比して優れた力学特性を発現し得ることが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、繊維形状の設計により力学特性の向上が可能であることが明らかとなった。このような知見は過去に報告されておらず、そもそも様々な繊維形状の弾性特性を比較した数値解析もなされていないことから、本研究独自の成果であるといえる。また、本研究で開発した微視構造解析手法は、本研究で対象とした繊維形状、直径、配置の変化だけでなく、材料種の変化（熱可塑性樹脂、3Dプリント材等）、材料挙動の変化（動的問題、長期寿命特性）へも対応可能であり、実際に研究期間内にこれらの問題での検証も実施している。これは、提案手法が広範な工学問題において複合材料の微視構造設計を援用可能なツールであることを示している。
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