| 研究課題/領域番号 |
20H02034
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
高野 直樹 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (10206782)
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| 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)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 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)
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| キーワード | 確率的シミュレーション / 不確かさのモデリング / 金属3D積層造形 / 確率的疲労寿命予測 / ばらつき / 歯科補綴物 / ヒートシンク / 幾何的精度 / 確率的FEMシミュレーション / 不確かさ / 3D積層造形 / 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 |
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| 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。
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| 研究成果の概要 |
支配方程式に基づく不確かさの系統的なモデリングのため、物理的パラメータ、幾何的パラメータ、境界条件のパラメタリゼーションとサンプリング手法を確立した。金属3D積層造形に特有の製造可能性と組立性に関する過去の知見を考慮した設計手法について考察した。まず、チタン系材料を用いた歯科補綴クラスプの疲労寿命を、ばらつきを考慮して、造形前の設計段階でCADデータに基づく有限要素解析を用いて予測する技術を開発した。さらに、機械結合による組立のための円孔の幾何的精度、円孔の周辺サポートによるサポートレスの造形、2Dラティスによる多孔質サポートの特性評価と、銅合金によるヒートシンク設計に関する研究を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
金属3D積層造形は新しい製造法として注目されているが、造形品の性能のばらつきや幾何的精度の問題があり、多くのノウハウを必要とするため、設計段階での品質保証が難しいという問題があった。3D積層造形に特有の不確かさを、支配方程式の物理的パラメータ、幾何的パラメータ、境界条件の観点から系統的にモデリングすることにより、造形前にばらつきを考慮したバーチャルテストを実現した。特にモデリングが難しい幾何的パラメータと境界条件の不確かさのパラメタリゼーションとサンプリング法を具体的に提示した。造形可能性と組立性を考慮した設計手法は、金属3D積層造形の発展と、熟練技術の伝承にも貢献するものである。
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