| 研究課題/領域番号 |
16H04234
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
奥村 大 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70362283)
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| 研究分担者 |
田中 展 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), その他 (70550143)
内田 真 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 講師 (90432624)
伊田 翔平 滋賀県立大学, 工学部, 助教 (80610740)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 固体力学 / 材料力学 / ゲル / 不安定 / 膨潤 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，ゲル材料に生じる膨潤誘起不安定変形のメカニズム解明と予測のため，理論構築，解析手法開発，検証実験を実施しており，本年度の研究業績は以下のようにまとめられる．はじめに，2つのスケーリング指数を用いた拡張モデルの多軸負荷応答を明らかにし，溶媒の表面からの物質移動過程への影響も調べ，論文を発表した．この論文はInternational Journal of Mechanical Sciences に採択され，印刷中の状況にある．ゲル試験片の作成及び基礎物性計測では，比較的調製の容易なアクリルアミドハイドロゲルに着目し，架橋剤を調整することで異なる力学特性を有するサンプルの作成・引張試験を実施した．この結果として，応力ひずみ挙動の膨潤度依存性を調べるとともに，従来の超弾性体モデルと拡張モデルによる再現性の比較解析を行い，問題点を明らかにした（奥村ら，計算数理工学論文集(2017)）．すなわち，膨潤誘起不安定の発生を観察するために必要とされる傾向を探索するとともに，拡張モデルに伸び切り限界を導入するための方針を検討した．また，線形摂動解析を適用することによって，拡張モデルのヤング率やポアソン比の膨潤度依存性を陽に表現するための関係式を導出した（真野・奥村，計算数理工学論文集(2017)）．さらに，これらとは別に，従来の超弾性体モデルの伸び切り限界が膨潤限界に及ぼす影響を解析的に明らかにするとともに，pH敏感性を有するハイドロゲルの特異な膨潤挙動に解釈を与えることに成功し，論文を投稿した．デジタル画像相関法を用いたサンプル表面のひずみ分布計測についても，空気中での実施を行い，国際会議で発表するなど，進捗発表を行った．
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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
研究業績の概要に記載したように，研究課題はおおむね順調に進んでいる．とりわけ，拡張モデルの高度化に関する研究は，ハイドロゲルの引張試験結果との比較が可能になったことから，今後，急速な進展を期待できる．拡張モデルに伸び切り限界を導入する必要性を確認するとともに，実験で得られた膨潤度依存特性から，拡張方法の方針はおおよそ明らかとなっている．従来の超弾性体モデルを単純に適用するだけでは不十分であることを確認しており，本研究で開発している拡張モデルの優位性を再確認している．デジタル画像相関法を用いたひずみ分布計測では，ゲルは非常に大きく変形するが，内田の作成したプログラムによって，計測可能であることがわかっており，課題であった液中での計測についても計測環境を工夫することで実施のめどがつきつつある．今後は，アクリルアミドハイドロゲルを用いて膨潤誘起不安定を観察するための試験条件を最適化することによって，最終的にゲル材料の膨潤誘起不安定を考慮し，予測可能とする解析基盤構築を達成できる期待が高まっている．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の推進方策として，拡張モデルについては，より一層の高度化を進めるとともに，解析的なアプローチによって，その力学特性を明らかにする研究を進める．このため，アクリルアミドハイドロゲルを用いて膨潤誘起不安定を観察するための試験条件を最適化し，最終的に破断過程の観察の成功を目指す．詳細な計測のため，デジタル画像相関法を用いたひずみ分布計測を行う．拡張モデルの高度化のため，伸び切り限界を導入でき，自由度の高いOgdenモデルを利用することを考える．このことは現在までの進捗状況に述べた通りである．さらにpH敏感性を有するハイドロゲルの特異な膨潤挙動に対しても，伸び切り限界を考慮した新しい解釈が可能であるため，この理論をさらに展開し，幅広いゲル材料に対して普遍的な知見を得るための研究を進める．前年度までに得られた知見に加えて，今年度に得られた成果をまとめて論文発表することを考える．最終的に，ゲル材料の膨潤誘起不安定を考慮し，予測可能とする解析基盤構築を達成する．
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