| 研究課題/領域番号 |
21K14048
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 中央大学 |
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研究代表者 |
小島 朋久 中央大学, 理工学部, 助教 (70802734)
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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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | メカニカルメタマテリアル / 衝撃吸収 / 応力波 / ラティス構造 / 圧力波 / 衝撃 / エネルギ吸収 / 流体構造連成 / 波動伝播 / メタマテリアル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
プラントで配管内爆発事故が発生した最悪の事態における被害を低減するためには，発生する圧力波動のエネルギ吸収機構が極めて重要である．本研究では音響メタマテリアルが持つ構造の振動や波の干渉を利用した圧力波の調質・減衰機構の設計原理を抽出し，ラティス構造に適用することで，ラティス構造の変形によるエネルギ吸収と音響メタマテリアルの原理を適用したエネルギ減衰/散逸の2つの機構を併せ持つ『機能性ラティス構造』の設計学理を構築する．
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| 研究成果の概要 |
プラントでの配管内爆発事故の被害低減のためには，発生する圧力波動のエネルギ吸収機構が重要である．本研究では3次元格子から成るラティス構造の変形によるエネルギ吸収と，音響メタマテリアルの原理によるエネルギ減衰/散逸の2つの機構を併せ持つ『機能性ラティス構造』の設計学理を構築することを試みた．数値解析と実験により複数のラティス構造の変形および波動伝播特性，エネルギ吸収性能を明らかにした．次に特定の周波数帯の弾性波の伝播を阻止するフォノニックバンドギャップを有するラティス構造を設計した．ユニットの組み合わせと配置方法により，衝撃負荷入力の主要な周波数帯の振幅を減衰させられる可能性を示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
材料力学的観点からのラティス構造に関する既往の研究のほとんどは，ハニカム材に代表されるオープンセル構造体の研究の発展とも捉えることができる．本研究では音響メタマテリアルの設計原理をラティス構造に適用することで，既存のオープンセル構造体の特性を越えた波動エネルギ吸収/減衰機能を発現する材料を創製できる可能性を示した．本研究成果はラティス構造を含むメカニカルメタマテリアルの既往の研究に新たな展開局面を生み出す可能性を開くものであり，プラントにおける爆発事故や津波などの被害低減にも適用可能な，軽量かつ優れた衝撃吸収性能を有する新規材料を創製する可能性を開くものである．
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