| 研究課題/領域番号 |
22K03814
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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 | 中央大学 |
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研究代表者 |
辻 知章 中央大学, 理工学部, 教授 (80188531)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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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 |
390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2024年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2023年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2022年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
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| キーワード | 超弾性体 / ゴム / 円盤 / 押し込み試験 / エネルギー関数 / 超弾性材料 / 円盤試験片 / 材料定数同定 / 押し込み / 薄膜 / 同定 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
薄い超弾性体円盤の円周を固定し，中央を種々の形状の押し込み棒で押し込み，押し込み棒に取り付けられたロードセルにより押し込み荷重を測定するとともに，円盤下部からレーザープロファイラーにより超弾性体円盤の側面形状の変化を計測する装置を開発する．この試験により得られるプロファイル（円盤の変形形状）と荷重の情報は，等2軸，1軸拘束を含む様々な2軸に対する変形形状を含んでいる. この結果を元に，有限要素法シミュレーションによる超弾性体のエネルギー関数のパラメーターの同定解析を行う.
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| 研究実績の概要 |
人間や環境に優しい，人工筋肉に見られるソフトなアクチュエーターの開発には，ゴムの様な超弾性材料の変形挙動を詳しく知る必要がある．そのためには，2軸試験により，様々な変形と荷重の関係を求める必要がある．しかし，従来の多軸試験では，特殊な装置による複数回の試験が必要である．そこで，本研究では，薄い円板試験片の押し込みによる2軸試験を簡便に行う装置を作成し，その結果を用いてエネルギー関数の同定を行うシステムの開発を行う．昨年度制作した円盤状の薄板ゴム試験片の押し込み装置により，球圧子による押し込み試験を行った．種々のエネルギー関数のパラメーターの同定を行い，本装置および手法の有効性について種々の検討を行った．
昨年度発表した結果に加え，詳細なデーターは修士論文として発表を行った．また，押し込み試験の手法の一部と，ゴムの研究の一部は，9月に行われた M&M 2023（筑波大学）において発表を行った．
Neo-hooken, Mooney-Rivlin, Ogden, Yeho model の4つのエネルギー関数のパラメーターを同定した．同定したパラメーターから得られる数値解析結果のプロファイルと測定した結果から得られるプロファイルを比較し，二乗平均誤差を求めた．パラメーター数が一番多い Ogden が最も誤差が小さいという結果が得られた．
また，理論解析により，円盤の押し込みによるプロファイルが押し込み変位から得られそうであることが分かった．これをうまく使うことにより，勘弁な数値計算によりパラメーター同定が出来る可能性がある．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
202年度の目標とした，荷重制御による繰り返し試験装置は，ダンベル型のゴムを引張する目的においてはほぼ完成し，別途ゴムの繰り返し疲労試験を行っている．この装置を流用して，2023年度に目標とした荷重制御による繰り返し押し込み装置の完成を目指す．
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| 今後の研究の推進方策 |
2022年の研究過程で、多くのゴム材料が粘弾性挙動を示すことから、 1）荷重制御の必要性、2）繰り返し実験の必要性がわかった。そこで、空気圧シリンダーによる荷重制御の押し込み装置の2023年度前期までの開発を目指したが，引張装置は完成した，2024年度前期までには，骨格が完成している押し込み装置の完成を目指す．また，理論解析により，円盤の押し込みによるプロファイルが押し込み変位から得られそうであることが分かった．これをうまく使うことにより，勘弁な数値計算によりパラメーター同定が出来る可能性がある．また，最終年度として，研究の取りまとめを含めて，9月に開催される，第67回理論応用力学講演会（神奈川大学）において発表予定である．
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