| 研究課題/領域番号 |
21K03755
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 明治大学 |
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研究代表者 |
石田 祥子 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (40636502)
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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 |
2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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| キーワード | コア構造 / 複合材 / メタマテリアル / 塑性変形 / 折紙 / Metamaterial / 複合材料 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
構造の軽量高剛性化は，機器の燃費向上，建築物の資源節約，ごみの削減につながるため，持続可能な社会の実現へと貢献する重要な技術である．ハニカムコアは軽量高剛性な構造として広く普及しているが，支持できる荷重の方向は限定され，衝撃荷重に対する性能にも欠点がある．本研究では，折紙の数理を用いて，コア構造の機械的特性を設計する方法を確立することを目的とする．設計したコアに対し，圧縮試験，せん断試験，衝撃試験を行い，剛性や強度を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
ハニカムコアは軽量高強度な構造として普及しているが，高い機械特性を有するのは面外方向に対してであり，一様な正六角形で構成されるハニカムコアは，ある荷重で座屈が一気に進展するため，衝撃吸収性能が良いとは言えない．本研究では，甲虫の外殻に見られる形状を取り入れた新ハニカムコアを設計し，面外強度，プラトー応力，エネルギ吸収量が従来の正六角形ハニカムコアと同等あるいはそれよりも数十%向上することを明らかにした．また，クランクスライダ機構を用いたせん断実験手法を構築し，半径方向の荷重を支持できる円筒ハニカムコアに円周方向のせん断力を負荷した場合のせん断剛性と設計パラメータの関係を定量的に明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
構造の軽量高強度化は，輸送機器や産業機械等の燃費の向上，建築物等においても資源の大幅な節約，ごみの削減につながる．本研究の甲虫の外殻に見られる形状を取り入れた新ハニカムコアは従来のハニカムコアと同等あるいはそれよりも高い機械的特性を有することから，従来のハニカムコアに置き換えることにより，持続可能な社会の実現へと貢献できる．
本研究の甲虫の外殻に見られる形状を取り入れた新ハニカムコアおよび円筒ハニカムコアはいずれもハニカムコアの産業的製造手法で製造できるように設計されている．研究段階から学術的知見を産業へ技術移転することを視野に入れており，大量生産可能な形状であることは産業的に価値が高い．
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