| 研究課題/領域番号 |
22K03999
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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20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 北九州市立大学 |
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研究代表者 |
佐々木 卓実 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (80343432)
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| 研究分担者 |
長 弘基 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (00435421)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 除振 / 座屈 / 形状記憶合金 / 非線形 / パッシブ除振 / 材料非線形 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、座屈後材料の負剛性特性を利用して振動源の存在を消し去るような除振装置を開発し、また、さらに大きな負剛性を得るための新たな構造を検討して、その力学特性を検証・解明するものである。具体的には、①座屈後Γ型はり構造および座屈後形状記憶合金はりと一般金属材料等を組み合わせることで、振動源からの振動伝達を極限まで抑える除振装置の開発を行う。②大きな負剛性を得るために負のポアソン比を発現する材料を除振要素に適用し、その座屈後変形における力学特性を調査し、除振要素としての適用可能性を検討する。本研究の成果として、振動源による振動ノイズを意識することのない社会の実現により一歩近づくことが期待される。
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| 研究実績の概要 |
まず、ゴム系防振材料と複数の座屈後Γ型はりを組み合わせることで、ゴム系防振材料の除振性能の向上にむけた取り組みを行った。前記の組み合わせによる除振実験装置を製作し、除振性能を実験的に検証した。除振系の1次固有振動数を低減化可能であることは確認したが、低減幅は非常に小さかった。これは、Γ型はりが想定より大きく座屈した結果、Γ型はりの接線剛性がほぼ0になったためと推測される。
次に、Cu系形状記憶合金の座屈を用いた除振系の除振性能を実験的に検証した。その結果、これまで用いてきたTi-Ni系形状記憶合金と比べて、低周波領域では性能に大きな差異はなかったものの、高周波領域では高い除振性能を確認した。これはCu系形状記憶合金がTi-Ni系に比べて復元力のヒステリシス特性が小さいことが影響していると考えられる。
次に、負のポアソン比を発現する材料を用いた除振系について、有限要素解析を用いた検討を行った。負のポアソン比をもつ材料と一般金属材料を組み合わせ、金属材料の座屈変形が負のポアソン比をもつ材料の変形を促す構造を検討した。その結果、負のポアソン比をもつ材料の変形量が大きくなる領域でシステム全体が負剛性特性を示すことを確認した。
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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
当初予定していたゴム系防振材料とΓ型はりの組み合わせによる除振系の性能を実験的に検証した。Γ型はりを用いた場合、除振性能の向上は僅かであったが、性能向上に向けた基礎データの取得は十分にすることができた。
形状記憶合金を用いた除振系では、Cu系形状記憶合金を用いることで、従来のTi-Ni系に比べて高い除振性能が得られることを実験的に確認することができた。
負のポアソン比をもつ材料を用いた除振系については、数値解析によりその基本的な復元力特性を得ることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度は前年度の研究成果をもとに、以下の項目を実施する。
Cu系またはTi-Ni系形状記憶合金と一般金属またはゴム系防振材料を組み合わせ、除振系の性能を検証する。このような組み合わせにより、除振系の構造をより簡便にすることが期待される。
次に、負のポアソン比をもつ材料を用いた除振系については、引き続き有限要素解析により復元力特性を詳細に調査し、得られた特性をもとに除振性能を検証する。その際は、モード重ね合わせ法による周波数応答、および非線形時刻歴応答による振動応答の結果から、除振性能を評価する。さらに、負のポアソン比をもつ材料を実験的に評価するための材料作成法や除振系の作成法について検討する。
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