柔剛特性を発現するセル状固体の創生

• 研究課題/領域番号: 25709001
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 大阪大学 (2016); 東京大学 (2013-2015)
• 研究代表者: 田中 展 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70550143)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 21,450千円 (直接経費: 16,500千円、間接経費: 4,950千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2014年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2013年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: 柔剛特性 / 可変機構 / 8回回転対称 / 正方セル / 変形遷移 / 分岐現象 / ポアソン比 / セル構造体 / 8回回転対称性

研究成果の概要

多種多様な環境下に応じて剛性を調整できる構造が存在すれば，従来の枠組にはない機械設計が可能となる．本研究では，異なる荷重条件下で剛性を受動的に切り替える「柔剛特性」という概念を提唱し，その具現化に向けた基礎研究に従事した．具体的には，数値解析によって周期セル状固体の内部剛性が増加すると変形遷移が生じ，剛性が顕著に変化することを明らかにした．そして，低自由度の周期リンク構造においても類似の遷移メカニズムが存在することを証明した．また最適構造化システムの高度化の一環として，積層方向に高い負のポアソン比を維持する3次元直交異方性積層セル構造体を新しく開発した．

研究成果

• [雑誌論文] Orthotropic laminated open-cell frameworks retaining strong auxeticity under large uniaxial loading (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, K. Suga, N. Iwata and Y. Shibutani
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 39816-39816
  • DOI: 10.1038/srep39816
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 微細パターン構造に生じる面外うねり座屈の比較解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉浦 順哉, 奥村 大, 田中 展
  • 雑誌名: 計算数理工学論文集 巻: 16 ページ: 49-54
  • NAID: 40021024295
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dislocation-based constitutive model of crystal plasticity for the size effect of single crystalline micropillar samples (2016)
  • 著者名/発表者名: Bo Pan, Yoji Shibutani and Hiro Tanaka
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Journal 巻: 3 号: 4 ページ: 15-00602-15-00602
  • DOI: 10.1299/mej.15-00602
  • NAID: 130005263732
  • ISSN: 2187-9745
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Prediction of the friction coefficient of filled rubber sliding on dry and wet surfaces with self-affine large roughness (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, K. Yoshimura, R. Sekoguchi, J. Aramaki, A. Hatano, S. Izumi, S. Sakai, H. Kadowaki
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Journal 巻: 3 号: 1 ページ: 15-00084-15-00084
  • DOI: 10.1299/mej.15-00084
  • NAID: 130005126160
  • ISSN: 2187-9745
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of Surface Energy upon Size-dependent Yield Strength of Single-crystalline Hollow Micro- and Nanopillars (2016)
  • 著者名/発表者名: B. Pan, H. Tanaka, Y. Shibutani
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 659 ページ: 22-28
  • DOI: 10.1016/j.msea.2016.01.117
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Switching Between Two Types of Auxetic Behavior of Two-dimensional Periodic Cells with Square Rotation (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, T. Nakanishi, Y. Shibutani
  • 雑誌名: Physica Status Solidi B 巻: 253 号: 4 ページ: 718-725
  • DOI: 10.1002/pssb.201552572
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bi-stiffness Property of Motion Structures Transformed into Square Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiro Tanaka
  • 雑誌名: Pro- ceedings of the Royal Society A 巻: Vol.469, No.2156 号: 2156 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1098/rspa.2013.0063
  • 査読あり
• [学会発表] マイクロポーラ理論による直交異方性骨組み構造体の均質化弾性定数の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岩田 直己，渋谷 陽二，田中展
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第92期定時総会講演会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス，大阪府吹田市
  • 年月日: 2017-03-13
• [学会発表] 負のポアソン比を示す直交異方性積層セル構造体の単軸引張試験と画像処理変形計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 須賀海斗，岩田直己，田中展，渋谷陽二
  • 学会等名: 日本機械学会関西学生会平成27年度学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス，大阪府吹田市
  • 年月日: 2017-03-11
• [学会発表] 低自由度周期リンク構造の変形遷移解析と分岐解の導出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 浜田一駿，田中展，渋谷陽二
  • 学会等名: 日本機械学会関西学生会平成27年度学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス，大阪府吹田市
  • 年月日: 2017-03-11
• [学会発表] Localized Rule of Buckling Deformations of Periodic Square Cells Under Equi-biaxial Compression (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, Y. Shibutani
  • 学会等名: International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE2016)
  • 発表場所: Phoenix, USA
  • 年月日: 2016-11-11
  • 国際学会
• [学会発表] タイヤゴムと粗い表面間の摩擦モデルとその高精度化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 展，吉村 侯泰，泉 聡志，酒井 信介
  • 学会等名: 日本ゴム協会関西支部 2016年度秋期ゴム技術講習会
  • 発表場所: (株)島津製作所関西支社マルチホール，大阪府大阪市
  • 年月日: 2016-10-06
  • 招待講演
• [学会発表] Transformation Shift of Periodic Cellular Structure by Controlling Internal Stiffness (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, T. Nakanishi, Y. Shibutani
  • 学会等名: 24th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM2016)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2016-08-21
  • 国際学会
• [学会発表] Out-of-plane Deformation Characteristic of a Microscopic Layer and Auxetic Behavior of their Laminated Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, N. Iwata, Y. Shibutani
  • 学会等名: 12th World Congress on Computational Mechanics (WCCM XII) & 6th Asia-Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM VI)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2016-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] タイヤと路面間の摩擦モデルの研究動向とその課題について (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 展，吉村 侯泰，泉 聡志，酒井 信介
  • 学会等名: 自動車技術会2016年春季大会 タイヤ騒音特設委員会フォーラム
  • 発表場所: パシフィコ横浜，神奈川県横浜市
  • 年月日: 2016-05-25
  • 招待講演
• [学会発表] 局所的剛性制御による 2 次元周期構造の変形分岐モデルの構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中西 東風，田中 展，渋谷 陽二
  • 学会等名: 関西学生会平成27年度学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 大阪電気通信大学寝屋川キャンパス，大阪府寝屋川市
  • 年月日: 2016-03-10
• [学会発表] Switching of Conventional and Auxetic Deformations of Cellular Structure Due to Boundary Conditions (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiro Tanaka, Tofu Nakanishi, Yoji Shibutani
  • 学会等名: International Symposium on Plasticity (Plasticity2016)
  • 発表場所: Hawaii Island, USA
  • 年月日: 2016-01-04
  • 国際学会
• [学会発表] レベルセット法によるコンプライアンス最小化のトポロジー最適化とMichell 最適構造の一様強さとの関連性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 飯森 理人，田中 展，渋谷 陽二，劉 陽
  • 学会等名: 日本機械学会第25 回設計工学・システム部門講演会
  • 発表場所: 信州大学長野キャンパス，長野県長野市
  • 年月日: 2015-09-23
• [学会発表] Comparison of Theory for Rubber Friction on Rough Surface with Experiment under Dry and Wet Conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshimura, R. Sekoguchi, L. Zhou, H. Tanaka, H. Kadowaki, S. Izumi, S. Sakai
  • 学会等名: International Tribology Conference 2015 (ITC2015)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2015-09-16
  • 国際学会
• [学会発表] Lateral Buckling of Micropatterned Structures for Semiconductor Devices During Dry Etching (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, M. Inoue, S. Izumi, S. Sakai
  • 学会等名: 9th European Solid Mechanics Conference (ESMC2015)
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] マイクロポーラはりを用いた大たわみ変形挙動の非線形有限要素解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 南航司，渋谷陽二，垂水竜一，田中展
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第90期定時総会講演会
  • 発表場所: 京都大学桂キャンパス，京都府京都市
  • 年月日: 2015-03-16
• [学会発表] 均質化有限要素解析による骨組み構造体の異方性特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩田直己，南航司，渋谷陽二，田中展
  • 学会等名: 日本機械学会関西学生会平成26年度学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 京都大学桂キャンパス，京都府京都市
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] Multiscale Estimating Technique of Rubber Friction on Surface Asperities Depending on Sliding Velocity (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, K. Yoshimura, J. Aramaki, S. Izumi, S. Sakai, H. Kadowaki
  • 学会等名: The 7th International Conference on Multiscale Materials Modeling (MMM2014)
  • 発表場所: Berkeley, USA
  • 年月日: 2014-10-06
  • 国際学会
• [学会発表] Coordinated Motions of Repetitive Structures from a Mechanical Point of View (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka
  • 学会等名: Workshop in the 30th Annual Symposium on Computational Geometry (SoCG2014)
  • 発表場所: Kyoto University Yoshida Campus, Kyoto-shi, Kyoto-fu, Japan
  • 年月日: 2014-06-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 渋谷・垂水・奥村研究室
  • URL: http://www-comec.mech.eng.osaka-u.ac.jp/index.html
• [備考] 大阪大学研究者総覧
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=ja&u=6364
• [備考] 渋谷・垂水・奥村研究室
  • URL: http://www-comec.mech.eng.osaka-u.ac.jp/tanaka.html
• [備考] 大阪大学研究者総覧
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/view?l=ja&u=6364&k=%E7%94%B0%E4%B8%AD%E5%B1%95&kc=1&sm=keyword&sl=ja&sp=1