| 研究課題/領域番号 |
22K03824
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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 | 信州大学 |
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研究代表者 |
西村 正臣 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (40554580)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 分子動力学 / カーボンナノチューブ / 回転伝達軸 / 座屈 / ナノ構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，カーボンナノチューブ(CNT) の層間での低摩擦性や，曲げ変形時などでも構造破壊が生じにくい柔軟性・構造安定性などを生かすことで，ナノ空間における柔軟な回転伝達軸を想定したカーボンナノフレキシブルシャフト（CNFS）という新しいナノ構造部材を提案する．提案するCNFSの応用に向けた前段階として，分子動力学法を用いた原子シミュレーションの観点から基礎的特性を評価する．
まずは，柔軟な形状で伝達軸として応用するために，変形に対する構造安定性について明らかにする．さらに，曲げられた構造において，最外層に回転を与えるようなシミュレーションを実施することで，回転伝達特性について検討する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，カーボンナノチューブ(CNT)をナノ空間における柔軟な回転伝達軸を想定したカーボンナノフレキシブルシャフト（CNFS）という新しいナノ構造部材として応用する前段階として，分子動力学法による原子シミュレーションを実施する．具体的には，分子動力学法を用いて，CNTの内層を曲げた状態で両端を固定することにより軸受けとしての役割を担わせるとともに，外層部分に回転を伝達させるようなシミュレーションを実施することで，CNFSを想定した動的なシミュレーションにより回転伝達に関する基礎的特性を評価する．
令和５年度は，前年度に引き続き分子動力学法を用いたCNTの回転シミュレーションについて検討し，一端に回転を加えた場合に生じる振動が，１層のみを円筒形状とみなした場合の固有振動数と一致することなどを明らかにした．さらに，前年度に実装した多層CNTの両端の軸をずらすような条件で曲げ変形が生じるような分子動力学シミュレーションを基にして，CNTの軸がズレた状態で内層を固定したまま外層のみに回転を与える分子動力学シミュレーションを実施して回転変形挙動について評価した．
さらに，これまで多層CNTのみを対象としてきたが，複合材料中におけるCNTの回転挙動についても検討にも着手した．具体的には，エポキシ構造を貫くような多層CNTを含む原子モデルを対象として，多層CNTの外層がエポキシ構造に拘束された状態で，内層側に回転を加えるようなシミュレーションを今後実施する．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の予定通り，曲げ状態において回転を実施するような分子動力学シミュレーションを実装できており，今後はさらに大規模なモデルや様々な条件でのシミュレーションを実施して，結果を整理する．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和４年度と令和５年度で得られた直線形状および曲げ形状でのCNT層の回転シミュレーションの結果を整理するとともに，より寸法の長いモデルを対象とした解析を実施する．さらに，複合モデル中でのCNTの回転挙動についても検討する．
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