| 研究課題/領域番号 |
21H01221
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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 | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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研究代表者 |
山田 浩之 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (80582907)
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| 研究分担者 |
洞出 光洋 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (30583116)
小笠原 永久 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (60262408)
樋口 理宏 金沢大学, フロンティア工学系, 准教授 (50455185)
坂井 建宣 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10516222)
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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 |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | マルチレイヤーインデンテーション / MEMS半導体ひずみゲージ / 高分子材料 / ひずみ速度依存性 / 分子動力学 / マルチレイヤーインデンテーション法 / 高密度ポリエチレン / 動的 / 衝撃 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
力学特性を原子/分子レベルの構造とその挙動を考慮したミクロな視点から明らかにするマルチスケール材料力学が盛んに研究されているが，ミクロな結果が実験で得られるマクロな結果に直結できない課題がある。そこで，高分子材料の変形過程が各測定スケールの階層（レイヤー）に依存することを利用する。超高時間分解能を有するMEMS半導体ひずみゲージの新開発，2段インデンターによる変形量ジャンプ試験などのインデンテーション技術とともに，分子動力学とその粗視化を通じて，変形レイヤーのワンパス横断によりミクロからマクロの力学特性を連続的に評価できる新技術【マルチレイヤーインデンテーション法】を開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では，変形レイヤーのワンパス横断によりミクロからマクロの力学特性を連続的に評価できる「マルチレイヤーインデンテーション法」を開発し，ミクロとマクロを繋ぐことで真のマルチスケール材料力学の学理基盤を作ることを目的としている。
初年度のマルチレイヤーインデンテーション法の基礎となる試験装置の開発は，速度域で準静的から動的および衝撃の2種類に分けることとした。そこでR4年度は，まず，準静的から動的ひずみ速度範囲の広範囲の速度環境に対応させた装置の完成を目指した。市販の高感度ロードセルを用いて実験を行い，準静的な速度範囲のマイクロインデンテーション試験装置と比較することで，開発した装置が十分な試験精度を得ることを確認した。一方，衝撃インデンテーション試験装置は高感度に対応するMEME半導体ひずみゲージの単軸試験への応用で多くの課題が発生し，まだ完成には至っていない。次年度までに完成を目指す。ナノインデンテーション試験とその解析結果の比較については，現状ではナノインデンテーション解析が実施できていない。全原子モデルによる解析は困難であることが判明したため，粗視化モデルを採用するしかなく，現在粗視化モデルのパラメータ作成などに従事している。
試験対象の高密度ポリエチレン（HDPE）については，大きな進展が見られた。準静的から動的，衝撃の広範囲のひずみ速度範囲の圧縮変形特性を評価し，微視構造の変化をX線構造解析によって調査した。微視構造として，結晶と非晶の組み合わせであるラメラ繰り返し構造の間隔を示す長周期の変化を考察したところ，HDPEの真応力―真ひずみ関係は，非晶の粘性特性による強度増加とそれに伴うラメラ晶の破壊に起因することが示唆された。HDPEの微視的機構に及ぼすひずみ速度の影響の一端を明らかにすることができたと言える。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
準静的から動的ひずみ速度の評価が可能な試験装置が完成し，最終年度での実験が可能となった。一方で衝撃ひずみ速度については，MEME半導体ひずみゲージの開発で課題が見つかり，進捗は芳しくない。ナノインデンテーション試験については，粗視化シミュレーションへの道筋ができた。試験対象の高密度ポリエチレンについては，力学特性について非常に多くの知見が得られ，計画以上の成果が得られている。
上記の通り，総合的には，おおむね順調な進展と判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は，最終年度となるため，開発した試験装置のよる評価を中心に研究を行う。特に，マルチレイヤーの達成を目標にする。試験対象の高密度ポリエチレンについてもさらなる力学特性のメカニズムの探究を実施する。
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