| 研究課題/領域番号 |
22K20415
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
市原 稔紀 日本大学, 理工学部, 助手 (30961552)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 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 |
1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 3Dプリント / 構造最適化 / CFRP / トポロジー最適化 / 異方性 / 最適化 / 異方性トポロジー最適化 / 数値最適化 / 逆均質化 / ツールパス / 3DプリントCFRP / 最適化設計 / プリントパス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を造形できる3Dプリンタを活用して，外形形状のみならず，繊維配向やハッチ間隔などのプリントパスまで最適化されたCFRP構造の有効性を解析的，実験的双方から実証することを目的とする．具体的には，異方性マルチスケールトポロジー最適化を3DプリントCFRPへ適用する．最適化結果から3DプリントCFRPを造形し，材料試験によって剛性の向上を実験的に検証する．更に有限要素モデルを作成し，性能向上を解析的に検証する．このようにして，従来の3DプリントCFRPに比べて高い比剛性を達成し，構造のさらなる軽量化に貢献する．
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| 研究成果の概要 |
航空機など，軽量でなおかつ丈夫さが求められる構造で活用されている炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を成形できる3Dプリンターを活用して，外形形状のみならず，構造の内部における3Dプリントパスを最適化設計した．これにより，CFRPの特性を最大限に活かした構造設計を可能とし，より軽量でなおかつ高性能なCFRP構造の創出を可能にした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
学術的意義：本研究は，熱や電気をはじめとする様々な物理現象を数値的に予測することができる有限要素法によるトポロジー最適化に基づいている．従ってトポロジー最適化によって得られた様々な物理現象における最適構造をCFRP等の複合材料で3Dプリント可能にする点で汎用性が高く，今後の最適設計の研究を発展させる可能性がある．
社会的意義：本研究で設計可能なCFRP構造は，従来CFRP構造よりも軽量かつ高性能であり，輸送機等の軽量化に直接貢献ができる．
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