| 研究課題/領域番号 |
21H01411
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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22020:構造工学および地震工学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
松本 高志 北海道大学, 公共政策学連携研究部, 教授 (40301121)
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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 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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| キーワード | 構造工学 / 土木材料 / 複合材料 / FRP / 生体模倣 / らせん積層 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
節足動物の外骨格は角皮の多層構造からなり，角皮は一方向に整列したキチン繊維とそれを包むタンパク質の基質材料で作られた層から積層形成されていることが観察されており，これが粘り強い外骨格構造を生み出していると考えられている．この生体構造に着想を得て，人工物であるCFRP（炭素繊維強化ポリマー）積層複合材料による構造部材の脆性挙動の改善と粘り強い特性の獲得という視点から，外寸数cm～10㎝角の箱形断面梁部材の曲げ変形・耐荷の挙動と特性を明らかにし，画像解析も用いて損傷と破壊の形態と機構を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
生体構造を模倣したらせん積層CFRP構造部材の挙動と特性を脆性挙動の改善と粘り強い特性の獲得という視点から明らかにし，損傷と破壊の形態と機構を検討することを目的とした．既往研究では「部位」に相当する規模が検討された．本研究では，生体の外骨格に相当して「部材」規模である閉断面のらせん積層CFRP箱形断面梁の曲げ載荷実験を実施して，曲げ荷重下における変形・耐荷の挙動と特性を明らかにし，損傷と破壊の形態と機構を検討した．加えて，過去に検討した「部位」としてのらせん積層CFRP長方形板の曲げ載荷実験に対して，らせん積層構成を反映したモデルを作製した有限要素解析を実施して変形機構の検討を行った．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
らせん積層を有し粘り強い生体の外骨格構造に着想を得て，人工物であるCFRPを用いて生体の外骨格に相当する箱形断面梁をらせん積層で製作した．曲げ挙動において，脆性挙動の緩和と粘り強い特性の獲得が可能なことを示した．また，その破壊形態は面外への隆起とジグザク状のひび割れを呈する非常に特徴的な形態を示すことを三次元デジタル画像相関法も用いて明らかにした．本研究ではらせん積層CFRPの部材レベルでの曲げ特性の基礎的確認を行ったことになり，今後の材料・構造の研究開発の可能性を示した．
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