| 研究課題/領域番号 |
21H01208
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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 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
大塚 雄市 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (80467084)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
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| キーワード | 界面破壊力学 / フレッティング疲労 / フレッティング摩耗 / 臼蓋カップ / オーセチック構造 / 水酸アパタイト皮膜 / チタン合金 / 力学的メタマテリアル / 水酸アパタイト / 赤外線カメラ / アコースティックエミッション / 摩耗 / トポロジー最適化 / 構造最適化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
特異応力場での損傷抑制と，切欠き疲労性を両立したオーセチック構造を実現し，臼蓋カップのゆるみを抑える新たな設計手法を構築することを目指す．
申請者が独自に構築したゆるみ再現試験により，特異応力場での界面はく離・摩耗が，細胞毒性，骨溶解を促進する力学的機構が示された．この成果を基盤とし，形状・トポロジー最適化により生成したオーセチック構造により特異応力場を制御し，そのフレッティング疲労機構を解明して耐疲労性を有する微細構造を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
Auxetic 構造を付与した臼蓋カップと模擬骨界面の繰返し負荷下における損傷挙動をAE 及びIR を用いて実験的に検討した界面端部の特異応力場の消失条件を満たす，2 次元Auxetic 構造の構造因子の決定手法を構築した．2 次元Auxetic 構造と模擬骨の接合体の圧縮試験を実施し，特異性消失モデルにおいて界面端部からのはく離発生を抑制し得ることを示した．そして，Auxetic 構造を適用した臼蓋カップの繰返し負荷試験中のAE 発生数は極めて少なく，試験後の光学顕微鏡観察によっても顕著なはく離は観察されなかった．従って，Auxetic 構造により界面端部からのはく離は抑制された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
臼蓋カップ表面に界面の力学的適合性を保持したオーセチック構造を設計する手法を構築した．これにより圧入時の生体骨へのマイクロき裂損傷の抑制や，繰返し負荷時の界面損傷の抑制が期待され，臼蓋カップのゆるみ発生確率を低減し，人工股関節構造の使用寿命の延伸が期待される，
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