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2007 年度 研究成果報告書概要

多孔質圧電材料のイメージベース・マルチスケール解析とバイオMEMSへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 17360054
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関立命館大学

研究代表者

高野 直樹  立命館大学, 理工学部, 教授 (10206782)

研究分担者 宮野 尚哉  立命館大学, 理工学部, 教授 (10312480)
日下 貴之  立命館大学, 理工学部, 教授 (10309099)
研究期間 (年度) 2005 – 2007
キーワードシミュレーション / 圧電材料 / 多孔質体 / イメージベースモデリング / 均質化法 / マルチスケール法 / 数値解析法 / バイオMEMS
研究概要

まず、多孔体のCT撮像によるイメージ処理、モルフォロジー分析、ボクセル自動モデリング、マルチスケール解析、ポストプロセシングを含む統合的ソフトウェアを完成させた。事例として、ポーラス金属のイメージベースモデリングと均質化、ならびに1cm角のマイクロパーツの破壊試験を実施し、表面のマクロひずみ計測と内部のローカル応力をマルチスケール法により解析し、開発ソフトの有効性を検証した。
次に、このイメージベース・マルチスケール法を静的解析のみならず、MEMS設計に必須となる動的解析に応用すべく、ボトルネックとなる解析コストの問題を克服すべく、高速動的マルチスケール法の研究を行った。具体的に、重合メッシュ法とモデル縮約法(model order reduction法)を併用するためのツールを開発した。特に、イメージベースモデリングによるボクセルメッシュを用いたツール開発と事例解析を行った。その結果、アーノルディ法に基づく基底作成において、100程度の十分な数の基底を作成すればグローバル挙動、ローカル挙動ともに十分な精度でとらえることが可能であることを確認した。
具体的なバイオMEMSへの応用として、本年度はマイクロニードルの経皮性薬剤搬送システムに関する力学ベースの設計手法の研究を実施した。その結果、皮膚の粘弾性特性を考慮した数値シミュレーションにより、皮膚に与える2軸張力をとらえることが可能であると示唆する実験結果を得ることができた。張力とマイクロニードルの刺入性の関係について新しい知見を得ることができた。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2007

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] HMS採血ポンプ用新型バイモルフ圧電アクチュエータの提案2007

    • 著者名/発表者名
      上辻 靖智, 長倉 秀幸, 川原 慎太郎, 黄 輝心, 槌谷 和義, 山本 英毅, 高野 直樹, 仲町 英治
    • 雑誌名

      材料 56

      ページ: 477-482

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An iterative solver applied to strongly coupled piezoelectric problems of porous Pb(Zr,Ti)O3 with nondestructive modeling of microstructure2007

    • 著者名/発表者名
      浅井 光輝, 高野 直樹, 上辻 靖智, 滝 邦彦
    • 雑誌名

      Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 15

      ページ: 597-617

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proposal of a new bimorph piezoelectric actuator for blood extraction pump in health monitoring system2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Uetsuji, H. Nagakura, S. Kawahara, F. Hwang, K. Tsuchiya, H. Yamamoto, N. Takano, E. Nakamachi
    • 雑誌名

      Journal of the Society of Materials Science(in Japanese) 56-5

      ページ: 477-482

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] An iterative solver applied to strongly coupled piezoelectric problems of Porous Pb(Zr,Ti)O3 with nondestructive modelling of microstructure2007

    • 著者名/発表者名
      M. Asai, N. Takano, Y. Uetsuji, K. Taki
    • 雑誌名

      Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering

      ページ: 597-617

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [学会発表] Mechanical characterization of microneedle in insertion into cultured human skin with controlled biaxial tension2007

    • 著者名/発表者名
      N. Takano, T. Miyano, T. Uemura, T. Okanishi
    • 学会等名
      Third Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20071203-06
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [学会発表] Application of model order reduction to global/local dynamic analysis by finite element mesh superposition technique2007

    • 著者名/発表者名
      A. Sando, N. Takano, S. Kido, Jan G. Korvink
    • 学会等名
      Third Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics
    • 発表場所
      Kyoto
    • 年月日
      20071203-06
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [学会発表] Application of model order reduction method to global/local dynamic analysis:2007

    • 著者名/発表者名
      S. Kido, N. Takano, A. Sando
    • 学会等名
      JSME The 20th Computational Mechanics Conference
    • 発表場所
      Kyoto(in Japanese)
    • 年月日
      20071126-28
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [学会発表] Development of novel evaluation methodology of mechanical characteristics of microneedles2007

    • 著者名/発表者名
      T. Uemura, N. Takano, T. Miyano, T. Okanishi
    • 学会等名
      IEEJ The 24th Sensor Symposium on Sensors, Micromachines, and Applied Systems
    • 発表場所
      Tokyo(in Japanese)
    • 年月日
      20071016-17
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [学会発表] Development of mechanical characterization apparatus for soft and wet thin film2007

    • 著者名/発表者名
      N. Takano, T. Uemura
    • 学会等名
      JSME Mechanical Engineering Congress
    • 発表場所
      Osaka(in Japanese)
    • 年月日
      20070909-12
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [学会発表] Development of a device observing the insertion of microneedles into cultured skin2007

    • 著者名/発表者名
      T. Uemura, N. Takano, T. Miyano, T. Okanishi, K. Nishiyabu
    • 学会等名
      JSME Mechanical Engineering Congress
    • 発表場所
      Osaka(in Japanese)
    • 年月日
      20070909-12
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [学会発表] Hydrolytic microneedles as transdermal drug delivery system2007

    • 著者名/発表者名
      T. Miyano, T. Miyachi, T. Okanishi, H. Todo, K. Sugibayashi, T. Uemura, N. Takano, S. Konishi
    • 学会等名
      Transducers'07
    • 発表場所
      Lyon, France
    • 年月日
      20070610-14
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [学会発表] High-resolution image-based multiscale analysis of heterogeneous media2007

    • 著者名/発表者名
      高野 直樹
    • 学会等名
      The 2nd Korea-Japan Workshop on Computational Engineering and Sciences
    • 発表場所
      Seoul,Korea
    • 年月日
      2007-09-01
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [学会発表] High-resolution image-based multiscale analysis heterogeneous media2007

    • 著者名/発表者名
      N. Takano
    • 学会等名
      The 2nd Korea-Japan Workshop on Computational
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      2007-09-01
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 2010-02-04  

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