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The role of cracks on the out-of-plane rotations, plasticity and fracture in kirigami structures

研究課題

研究課題/領域番号 18K18065
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分60100:計算科学関連
研究機関国立研究開発法人海洋研究開発機構

研究代表者

Barbieri Ettore  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(数理科学・先端技術研究開発センター), 主任研究員 (10816284)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワードkirigami / meshless / large deformations / large rotations / plates / analytical solutions / modelling / buckling / Kirigami / Fracture / Mechanics / Computational / Plasticity
研究成果の概要

切り紙の変形様式によって、伸縮許容量がどのように変化するのかを理解するために、切り紙の構造のき裂進展の数値シミュレーションを実施した。シミュレーションにより、切り紙構造物のout-of-plane変形がbulging cracksと呼ばれる現象の結果であることを突き止めた。この結果は、修正された非線形Foppl-Von Karmanプレート理論を開発することでもたらされたものである。さらに、得られた知見は、アメリカVirginia Commonwealth Universityとの共同研究において、フォトリソグラフィ技術を用いた多機能シルク切り紙の製造に応用することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

切り紙の力学についての研究は発展途上であり、特にその変形様式によって、伸縮許容量がどのように変化するのかを理解することが大きな課題。本研究では、数値シミュレーションにより伸縮許容量を適切に見積もることが出来た。これらの成果は査読付き論文2編にて発表し、学術的に評価を受けた。また、得られた知見の応用範囲は広くその対象は伸縮可能な電子機器、エネルギー貯蔵装置、ヒーター、マイクロ波吸収服などのデバイスなど多岐に渡り、アメリカとの国際共同研究における製造技術開発にも貢献した。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Micromechanics of liquid-phase exfoliation of a layered 2D material: A hydrodynamic peeling model2020

    • 著者名/発表者名
      Salussolia Giulia、Barbieri Ettore、Pugno Nicola Maria、Botto Lorenzo
    • 雑誌名

      Journal of the Mechanics and Physics of Solids

      巻: 134 ページ: 103764-103764

    • DOI

      10.1016/j.jmps.2019.103764

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Reduction of fibrillar strain-rate sensitivity in steroid-induced osteoporosis linked to changes in mineralized fibrillar nanostructure2020

    • 著者名/発表者名
      Xi L.、De Falco P.、Barbieri E.、Karunaratne A.、Bentley L.、Esapa C.T.、Davis G.R.、Terrill N.J.、Cox R.D.、Pugno N.M.、Thakker R.V.、Weinkamer R.、Wu W.W.、Fang D.N.、Gupta H.S.
    • 雑誌名

      Bone

      巻: 131 ページ: 115111-115111

    • DOI

      10.1016/j.bone.2019.115111

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Biofunctional Silk Kirigami With Engineered Properties2020

    • 著者名/発表者名
      Pradhan Sayantan、Ventura Leonardo、Agostinacchio Francesca、Xu Meng、Barbieri Ettore、Motta Antonella、Pugno Nicola M.、Yadavalli Vamsi K.
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 12 号: 11 ページ: 12436-12444

    • DOI

      10.1021/acsami.9b20691

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Proteoglycan degradation mimics static compression by altering the natural gradients in fibrillar organisation in cartilage2019

    • 著者名/発表者名
      Inamdar Sheetal R.、Barbieri Ettore、Terrill Nicholas J.、Knight Martin M.、Gupta Himadri S.
    • 雑誌名

      Acta Biomaterialia

      巻: 97 ページ: 437-450

    • DOI

      10.1016/j.actbio.2019.07.055

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Matrix-induced pre-strain and mineralization-dependent interfibrillar shear transfer enable 3D fibrillar deformation in a biogenic armour2019

    • 著者名/発表者名
      Wang Yanhong、Zhang Yi、Terrill Nicholas J.、Barbieri Ettore、Pugno Nicola M.、Gupta Himadri S.
    • 雑誌名

      Acta Biomaterialia

      巻: 100 ページ: 18-28

    • DOI

      10.1016/j.actbio.2019.09.036

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] A meshless method for the nonlinear von K?rm?n plate with multiple folds of complex shape2019

    • 著者名/発表者名
      Barbieri Ettore、Ventura Leonardo、Grignoli Davide、Bilotti Emiliano
    • 雑誌名

      Computational Mechanics

      巻: 1 号: 3 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1007/s00466-019-01671-w

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Curvature Tuning in Folded Strips Through Hyperstatic Applied Rotations2019

    • 著者名/発表者名
      Ettore Barbieri
    • 雑誌名

      Frontiers in Materials

      巻: 6 ページ: 1-12

    • DOI

      10.3389/fmats.2019.00041

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Bone matrix development in steroid-induced osteoporosis is associated with a consistently reduced fibrillar stiffness linked to altered bone mineral quality2018

    • 著者名/発表者名
      Xi L.、De Falco P.、Barbieri E.、Karunaratne A.、Bentley L.、Esapa C.T.、Terrill N.J.、Brown S.D.M.、Cox R.D.、Davis G.R.、Pugno N.M.、Thakker R.V.、Gupta H.S.
    • 雑誌名

      Acta Biomaterialia

      巻: 76 ページ: 295-307

    • DOI

      10.1016/j.actbio.2018.05.053

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanics of mutable hierarchical composite cellular materials2018

    • 著者名/発表者名
      Ongaro F.、Barbieri E.、Pugno N.M.
    • 雑誌名

      Mechanics of Materials

      巻: 124 ページ: 80-99

    • DOI

      10.1016/j.mechmat.2018.05.006

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Limitations of Viscoelastic Constitutive Models for Carbon-Black Reinforced Rubber in Medium Dynamic Strains and Medium Strain Rates2018

    • 著者名/発表者名
      Carleo Francesca、Barbieri Ettore、Whear Roly、Busfield James
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 10 号: 9 ページ: 988-988

    • DOI

      10.3390/polym10090988

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Breaking the Nanoparticle Loading Dispersion Dichotomy in Polymer Nanocomposites with the Art of Croissant-Making2018

    • 著者名/発表者名
      Santagiuliana Giovanni、Picot Olivier T.、Crespo Maria、Porwal Harshit、Zhang Han、Li Yan、Rubini Luca、Colonna Samuele、Fina Alberto、Barbieri Ettore、Spoelstra Anne B.、Mirabello Giulia、Patterson Joseph P.、Botto Lorenzo、Pugno Nicola M.、Peijs Ton、Bilotti Emiliano
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 12 号: 9 ページ: 9040-9050

    • DOI

      10.1021/acsnano.8b02877

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Cracking me softly - the mechanics of hyperelastic kirigami structures2018

    • 著者名/発表者名
      Ettore Barbieri
    • 学会等名
      Invited Seminar at IMT Lucca, Italy
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Eigencurvatures in hyperstatic folded sheet2018

    • 著者名/発表者名
      Ettore Barbieri, Leonardo Ventura
    • 学会等名
      International Workshop on Computational Mechanics of Materials IWCMM28
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Curvature tuning in folded sheets through hyperstatic confinement2018

    • 著者名/発表者名
      Ettore Barbieri
    • 学会等名
      Second European-Latin-American Conference of Theoretical and Applied Mechanics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-02-19  

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