| 研究課題/領域番号 |
23K20248
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| 補助金の研究課題番号 |
20H02035 (2020-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2020-2023) |
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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 | 近畿大学 |
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研究代表者 |
坂田 誠一郎 近畿大学, 理工学部, 教授 (80325042)
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| 研究分担者 |
新井 悠希 近畿大学, 理工学部, 助教 (50980166)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
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| キーワード | 複合材料 / マルチスケール確率応力解析 / 材料強度推定 / 不確実性伝播 / 不均質材料 / 三次元造形材料 / 強度推定 / ランダムフィールドモデリング / 等価弾性率推定 / 多孔質材料 / 材料強度 / 不確定性伝播 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，三次元プリンタで作製された材料や複合材料などの，比較的新しく挙動が複雑な対象物について，材料の変形のしにくさや壊れにくさを数値シミュレーションを用いて精度良く推定することを目指す．特に，それらの材料の内部は複雑かつランダムであることに注目し，効率的な特性推定手法を開発するとともに，実際の材料内部の幾何学的特徴を非破壊で調査し，それに基づく数値シミュレーションと実験との比較により手法の妥当性を検証する．将来的には，不均質材料内部の複雑さとランダム性を考慮した新たな力学体系の発展につなげることを目標としている．
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| 研究実績の概要 |
当該年度に実施した研究は、前年に引き続き複合材料およびＦＤＭ法を用いて作成した樹脂部材について、内在する幾何学的不確定性を２次元的または３次元的な微視的観察を経た画像処理等を援用したランダムフィールドモデリングによりモデル化するこれまでの成果を援用し、確率均質化およびマルチスケール確率応力解析に適用してその有用性を調査したことである。特に、①不均質材料内部の微視構造の幾何学的特徴に関する三次元ランダムフィールドモデリングおよびそれを用いた解析と②実試験片の微視的その場観察を用いた定量的強度解析法の検討を実施した。
①については、解析の実施及び実験結果との比較を行い、その結果は著名な国内外の学会で口頭発表を行うと共に、共同研究者のStefanou教授と対面およびオンラインで議論を行い、Elsevierの英文誌に成果を投稿し現在査読中である。
②については、前年度に行った不均質材料の局所的強度のランダムフィールドモデリングに加え、それを用いた定量的強度解析を実施した。その結果からさらなる課題を見いだし、それぞれについて検討を進めている。特に、実材料の定量的強度推定に重要な微視的破壊クライテリアについて、従来の方法では十分に有効でない可能性から、微視的その場観察を用いたクライテリアの着想に到り、当該成果は分担研究者により既に国内外の著名学会で口頭発表すると共に英文誌に投稿中である。
なお、上記の国際共同研究成果については、2023年に参加した不確実性の定量化に関する計算手法の国際会議UNCECOMPで、本助成により共同研究に到ったStefanou教授との対面議論を経て英文論文誌への投稿に到っており、引き続き当初目標とした国際共同研究の発展につながっている。
また同教授との共同研究の今後についても引き続き建設的な議論を行ない、成果について国際会議発表が受理されており、発表予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
申請時の研究計画においては、当該年度は①実試験片より測定，推定した不均質材料内部構造の幾何学的なばらつきの三次元ランダムフィールドモデリングの有効性検証、②微視構造のランダムフィールドモデリングとマルチスケール確率応力解析を併用した不均質材料の強度推定法の検討、③実試験片の微視的その場観察を用いた数値シミュレーションによる複合材料の定量的強度推定法の検討、④実試験片における三次元ランダムフィールドモデリングの自動化に関する検討を目標としていた。このうち①は成果が得られ国内外での発表及び英文誌への論文投稿に到っている。また②および③についても、一定の成果が得られ国内外での国際会議で口頭発表すると共に、英文誌への論文投稿に到っている。さらに、②③の実施により、課題点の確認とそれに対する新たな着想に到り、当初計画と比較してもより定量的強度推定精度を改善できる方策の基礎的検討にも繋がっている。
一方、④については、現在所有している機器の性能（特に画像解像度）の観点から、十分な改善法の確立に到っていない。本内容は提案手法の実用化のためには有用であるが、本質的内容についてはこの点が改善に到らなくとも達成できることから、手動でのデータ取得と解析の実施を並行して進めている。
以上から、昨年度と同様一部想定外の困難な点は生じているが、計画より進んでいる点も有り、進捗状況については総合して概ね順調に進展しているとの自己点検に基づく評価とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
前述の通り、本研究課題についてはおよそ順調に進捗しており、本研究課題の最終段階として、これまで得られた成果の統合に加え、不均質材料の定量的強度推定精度改善に対する有効性について検証を行う予定である。この際には、不均質材料の局所的な特性を考慮したマルチスケール解析を実施し、実試験片と提案手法による解析モデルを用いた結果を比較し、一定の結論を得る計画である。
一方で、実験結果との定量的比較という観点では、研究課題計画当初に想定されなかった課題も見いだすとともに、それらに対する新たな研究課題およびそれに対する手法開発に関する着想にも到っており、その基礎検討も並行して行う予定である。
これらの課題の達成のために、Stefanou教授との国際共同研究も着実に進めており、今後の展開につなげる計画である。
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