| 研究課題/領域番号 |
20H02034
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(B)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
|
|---|
| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
|---|
研究代表者 |
高野 直樹 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10206782)
|
|---|
| 研究分担者 |
植松 美彦 岐阜大学, 工学部, 教授 (80273580)
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) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
|
|---|
| キーワード | 確率的FEMシミュレーション / 不確かさ / 確率的疲労寿命予測 / 3D積層造形 / 歯科補綴物 / チタン合金 / 純チタン / 造形不良 / 初期欠陥 / ポリアミド / アルミ合金 / 確率的ＦＥＭシミュレーション |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
工学全般に活用される有限要素法(FEM)シミュレーションにおいて、不確かさ(uncertainty)を考慮した確率的FEMシミュレーションへの期待が高まり、一次展開近似型確率均質化法の複合材料への適用の研究成果が出ている中、非線形解析への拡張が求められる。本研究では金属3D積層造形品の品質保証のためのバーチャルテストとして利用可能な確率的疲労寿命予測手法の開発を行う。不確かさの数理的表現による普遍性ある系統的モデリング法にはじまり、事後確率による要因分析までを研究項目とし、チタン合金(Ti-6Al-4V)製の歯科補綴物(パーシャルデンチャー)を主たる対象として確率的FEMの確立をはかる。
|
| 研究実績の概要 |
1. 歯科補綴物（クラスプ）の疲労寿命：口腔内環境を模擬した人工唾液浸漬後の疲労試験を純チタン、チタン合金製クラスプに対して行い、浸漬無しの場合と同等の疲労寿命が維持されることを確認した。また、チタン合金製クラスプの疲労寿命のばらつき予測も可能とし、純チタンとチタン合金の疲労寿命の検定より、純チタンの疲労寿命が有意に長いを確認した。次に、造形姿勢が異なる純チタン製クラスプに対し、マイクロCT撮像を行い、アームに沿った断面二次モーメントと断面積の算出法を開発することにより、疲労試験片の幾何的精度が良好であり、造形前にCADデータに基づくFEM解析で疲労寿命予測をする手法の妥当性が確認できた。以上により、本課題で提案した確率的疲労寿命予測法の検証がすべて完了した。
2. セルフサポートされた円孔の幾何的精度：サポートレスで、未焼結粉末によりセルフサポートされただけの円孔つき試験片を造形することによって、円孔の形状のゆがみをフーリエ級数展開により近似する手法を開発した。これにより、造形前に造形不良を予測し、確率的FEMシミュレーションを行うことが可能となった。
3. 応用探索（銅合金を用いたヒートシンクの設計法）：銅合金の密度、力学的特性（ヤング率、ポアソン比、耐力、引張強度）、熱的特性（熱伝導率、比熱）の温度依存性の計測と、マイクロCT撮像による初期欠陥観察、引張試験の破面観察より、基礎的な特性を解明した。温度依存性を考慮した非定常熱伝導解析に基づき、電子ビームコンバータ搭載用ヒートシンクの設計を行った。造形後にマイクロCT撮像により幾何的精度も確かめた。不確かさを有する熱伝達係数について、温度依存型モデルを用いた解析により、設計案の有効性を確かめた。密度が高い銅合金では、周辺サポートがあれば、セルフサポートによる円孔の造形も可能であり、組立性をも考慮した設計を行うことができた。
|
| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
