| 研究課題/領域番号 |
21KK0063
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
小柳 潤 東京理科大学, 先進工学部マテリアル創成工学科, 教授 (60386604)
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| 研究分担者 |
樋口 諒 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (00815946)
佐藤 光桜 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (90914664)
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| 研究期間 (年度) |
2021-10-07 – 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 |
18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
2023年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2022年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | CFRP / 疲労 / エントロピー / 数値シミュレーション / 繰り返し負荷 / 強度低下 / 有限要素解析 / 強度劣化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
東京理科大-東大-JAXAとシンガポール国立大学（NUS）の国際共同研究として繰り返し負荷下におけるCFRPの正確な余寿命・残存強度の定量化に取り組む．従来の実験式・経験則に基づいた耐久性研究の範囲から逸脱すべく，エントロピー損傷に基づいた根拠あるCFRPの劣化モデルを構築する．高分子材料の見えない劣化を分子の動きから計量されるエントロピー値で定量化し，マクロな寿命予測へ接続する．このような画期的な研究アイデアを日本側は有するものの，この実装にはシンガポール国立大学が有する計算力学に関するノウハウが必須である．
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| 研究成果の概要 |
本研究では、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の疲労特性と強度低下挙動をエントロピーに基づいてシミュレートする世界初のモデルを開発した。エントロピー生成に基づく強度低下スキームを導入し、ひずみが増加しなくても強度低下と遅延破壊をシミュレートできる。このモデルを用いて、CFRPの疲労破壊をシミュレートし、異なる応力比や周波数の影響を考慮した数値解析を行った。得られた結果は実験結果と一致しており、CFRPの長期耐久性を数値的に予測する新しいアプローチを提供する。この研究は、CFRP構造物の設計効率を向上させ、持続可能な開発目標（SDGs）に貢献する。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の長期耐久性をエントロピーに基づいて数値的に予測する新しいアプローチを提供する。従来の実験的手法に代わり、信頼性の高い数値モデルを用いることで、CFRP構造物の設計と評価の効率が大幅に向上する。このモデルは、疲労特性や強度低下挙動の詳細なシミュレーションを可能にし、異なる応力条件や環境下でのCFRPの挙動を予測するツールとして有用である。また、この研究は持続可能な開発目標（SDGs）に貢献し、材料の使用寿命を延ばし、資源の効率的な利用を促進することで、環境負荷の低減にも寄与する。
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