| 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 (2022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 | 超弾性材料 / エネルギー関数 / 円盤試験片 / 押し込み試験 / 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．最初の年度として、円盤状の薄板ゴム試験片の押し込み装置の開発を行なった。従来の万能試験機を用いた試験機を用いて、円盤試験片を押し込む装置を作成し、下面からプロファイルの測定を行い、超弾性材料としてのエネルギー関数の同定を行なった。
これにより得られた成果は、2022年9月に開催された、
M&M 2022 材料力学カンファレンス において、以下の題目で発表を行った
題目：薄膜押し込み試験を用いた超弾性材料のエネルギー関数同定、著者：○宮本 颯太(中央大), 辻 知章
この発表の概要は、以下のとおりである。
レーザープロファイラーを用いて，円板試験片の押し込み変形を測定することにより，押し込み荷重と押し込み変形を同時に測定する装置を考案した．本装置により，単純引張を含む様々な2軸状態の変形と荷重との関係を同時に測定することが出来る．測定値と有限要素法のシミュレーション結果の差の二乗和を最小にすることにより，3種類のエネルギー関数のパラメータの同定を行った．パラメータの数が最も多いOgden model が実験値との一致度が若干（3%程度）であるが良かった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年度の目標である、押し込み試験機の作成を行い、エネルギー関数の同定が可能であることが示された。
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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ている。
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