ゲル材料の膨潤分岐座屈解析のための理論構築と検証及び応用

• 研究課題/領域番号: 24560096
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 奥村 大 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70362283)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2012年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: ゲル / 膨潤 / 座屈 / 不安定 / 有限要素 / 膨潤誘起座屈 / パターン変態 / ゲルのモデリング / 膨潤平衡 / ゲル材料

研究成果の概要

本研究課題では，円孔を有するゲル膜に生じる膨潤誘起パターン変態の有限要素解析を行い，実験で発生が確認されているダイアモンドプレートパターン及び予ひずみ依存性の再現及びメカニズム解明に成功した．解析にはゲル材料のための不均質場理論を用いた．ダイアモンドプレートパターンを形成する座屈は局所的に発生し，伝ぱすることによって均質化することがわかった．また，引張りの予ひずみはパターン変態の開始を遅らせ，異なるパターンは変態間の過渡的状態として現れることがわかった．

研究成果

• [雑誌論文] Effect of prestrains on swelling-induced buckling patterns in gel films with a square lattice of holes (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Okumura, T. Inagaki, N. Ohno
  • 雑誌名: International Journal of Solids and Structure 巻: 58 ページ: 288-300
  • DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2015.01.015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｓｗｅｌｌｉｎｇ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎ ｇｅｌ ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ ａ ｓｑｕａｒｅ ｌａｔｔｉｃｅ ｏｆ ｈｏｌｅｓ (2014)
  • 著者名/発表者名: Ｄａｉ Ｏｋｕｍｕｒａ， Ｔｓｕｙｏｓｈｉ Ｋｕｗａｙａｍａ， Ｎｏｂｕｔａｄａ Ｏｈｎｏ
  • 雑誌名: Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｓ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ 巻: 51 ページ: 154-163
  • 査読あり
• [雑誌論文] 円孔を有するゲル薄膜に生じる膨潤座屈パターンの解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 桑山剛，奥村大，大野信忠
  • 雑誌名: 日本機械学会東海支部総会講演会講演論文集 巻: 62 ページ: 317-318
• [学会発表] 正方配列の円孔を有するゲル膜における均質パターン変態の有限要素解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐々木彰，奥村大，大野信忠
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部64期講演会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2015-03-13 – 2015-03-14
• [学会発表] ゲル材料の膨潤度依存性を考慮した超弾性体モデルの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 近藤晃史，奥村大，大野信忠
  • 学会等名: 日本材料学会東海支部 第9回学術講演会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-03-04
• [学会発表] 円孔を有するゲル膜の膨潤誘起パターン変態に及ぼす予ひずみの影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥村大，稲垣貴裕，大野信忠
  • 学会等名: 日本機械学会第２７回計算力学講演会論文集
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] ゲル膜の膨潤誘起パターン変態の有限要素解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥村大
  • 学会等名: 日本ゴム協会 第１９回ゴムの力学研究分科会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-08-21
  • 招待講演
• [学会発表] 円孔を有するゲル膜の膨潤誘起座屈パターンに及ぼす予ひずみの影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥村大，稲垣貴裕，大野信忠
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2014材料力学カンファレンス講演会
  • 発表場所: 福島大学
  • 年月日: 2014-07-18 – 2014-07-21
• [学会発表] Effects of prestrains on swelling induced buckling patterns of gel film with square lattice of holes (2014)
  • 著者名/発表者名: D. Okumura, T. Inagaki, N. Ohno
  • 学会等名: 17th U.S. National Congress of Theoretical and Applied Mechanics (USNCTAM2014)
  • 発表場所: East Lansing, USA
  • 年月日: 2014-06-15 – 2014-06-20
• [学会発表] 膨潤誘起座屈によって生じるダイアモンドプレートパターンの有限要素解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 稲垣貴裕，桑山剛，奥村大，大野信忠
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第63期講演会
  • 発表場所: 大同大学滝春校舎
• [学会発表] Effects of geometrical imperfection on swelling induced buckling patterns of gel film with square lattice of holes (2013)
  • 著者名/発表者名: Dａｉ Okumura, Tｓｕｙｏｓｈｉ Kuwayama, Nｏｂｕｔａｄａ Ohno
  • 学会等名: SES 50th Annual Technical Meeting and ASME-AMD Annual Summer Meeting
  • 発表場所: Providence, USA
• [学会発表] Finite element analysis of swelling induced buckling of gel film with holes in square array (2013)
  • 著者名/発表者名: Dａｉ Okumura, Tｓｕｙｏｓｈｉ Kuwayama, Nｏｂｕｔａｄａ Ohno
  • 学会等名: APCOM2013 & ISCM2013 Conference
  • 発表場所: Singapore
  • 招待講演
• [学会発表] 円孔を有するゲル薄膜に生じる膨潤誘起座屈の有限要素解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 奥村 大，桑山 剛，大野信忠
  • 学会等名: 日本機械学会第26回計算力学講演会
  • 発表場所: 佐賀大学
• [学会発表] 円孔を有するゲル薄膜に生じる膨潤座屈パターンの解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 桑山剛，奥村大，大野信忠
  • 学会等名: 日本機械学会東海支部第62期総会講演会
  • 発表場所: 三重大学