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2019 年度 実績報告書

多孔質高分子膜の変形と破壊

研究課題

研究課題/領域番号 17K06062
研究機関中央大学

研究代表者

米津 明生  中央大学, 理工学部, 教授 (40398566)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード多孔質高分子膜 / 変形 / 破壊 / その場観察法 / 有限要素法
研究実績の概要

本研究では,多孔質高分子膜(ポーラスポリマーメンブレン)の変形と破壊の力学モデリング法を構築する.はじめに,X線CT,走査型電子顕微鏡,原子間力顕微鏡などの観察装置を用いたその場観察用負荷装置を開発し,負荷中の細孔(マイクロ・ナノポア)構造のミクロ力学場の検討,さらには全視野画像計測による変位場計測法を用いて高分子膜の巨視的な変形と破壊特性(力学応答)を評価する.なお,観察装置は対象材料のポアサイズによって使い分ける.そして,細孔形状の3次元構造をモデル化した有限要素法により,多孔質高分子膜の力学モデリング法を構築する.つまり,実際のランダム性を考慮した細孔構造モデルを構築することで,巨視的な力学応答のみならず,負荷中に変形する細孔のミクロ構造シミュレーションを可能にする.したがって,本研究ではマイクロ・ナノスケール細孔(マイクロ・ナノポア)を有する多孔質高分子膜の変形および破壊のモデリング手法を構築し,機械的耐久性の向上を目指した力学設計や膜分離(ろ過)性能の寿命検討などを材料創製の段階から提案できるようにすることを最終の目標としている.

今年度は,前年度に確立した不均質な3次元微視構造のFEMモデルを用いて,弾性変形,弾塑性変形およびクリープ解析を行った.この微視構造は,FESEMなどで観察した微視構造を再現した状態であり,また不均質性も再現できている.そして,得られたFEM解析結果を実験と比較して,その有効性について検証した.ひずみ10%くらいまでの変形については,実験の変形挙動を再現できることに成功した.さらには,二軸引張試験機の開発やデジタル画像相関法による変形計測に着手し,今後の研究展開を明確に提示できた.

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] 西北大学/中国科学技術大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      西北大学/中国科学技術大学
  • [雑誌論文] Non-linear Creep Deformation of Polycarbonate at High Stress Level: Experimental Investigation and FEM Modeling2019

    • 著者名/発表者名
      Daiki Ikeshima, Akihiro Matsuzaki, Takumi Nagakura, Kanako Emori, Akio Yonezu
    • 雑誌名

      Journal of Materials Engineering and Performance

      巻: 28 ページ: 1612-1617

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s11665-019-03945-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular deformation mechanism of polycarbonate during nano-indentation: Molecular dynamics simulation and experimentation2019

    • 著者名/発表者名
      Ikeshima Daiki、Miyamoto Kazunori、Yonezu Akio
    • 雑誌名

      Polymer

      巻: 173 ページ: 80~87

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.polymer.2019.04.029

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deformation Modeling of Polyamide 6 and the Effect of Water Content using Molecular Dynamics Simulation2019

    • 著者名/発表者名
      Daiki Ikeshima, Fumika Nishimori, Akio Yonezu
    • 雑誌名

      Journal of Polymer Research

      巻: 26 ページ: 151-162

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s10965-019-1815-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the surface hydrophilization of a blended polysulfone membrane: atomic force microscopy measurement and molecular dynamics simulation2019

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Kazunori、Ikeshima Daiki、Furutani Takumi、Xiao Hang、Yonezu Akio、Chen Xi
    • 雑誌名

      Surface Topography: Metrology and Properties

      巻: 7 ページ: 035003~035003

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/2051-672X/ab2e4f

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interfacial strength evaluation of oxide films on carbon steel by using the laser shock adhesion test2019

    • 著者名/発表者名
      Yusaku Saito, Hiroki Watanabe, Takeshi Yamada, Kohei Kanamori, Akio Yonezu
    • 雑誌名

      Journal of Materials Engineering and Performance

      巻: 28 ページ: 4762-4773

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s11665-019-04246-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strain‐Guided Oxidative Nanoperforation on Graphene2019

    • 著者名/発表者名
      Liao Xiangbiao、Zhang Baidu、Furutani Takumi、Chen Youlong、Xiao Hang、Ni Yong、Yonezu Akio、Chen Xi
    • 雑誌名

      Small

      巻: 15 ページ: 1903213~1903213

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/smll.201903213

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Creep deformation behavior of polymer materials with a 3D random pore structure: Experimental investigation and FEM modeling2019

    • 著者名/発表者名
      Emori Kanako、Miura Tatsuma、Kishida Hiroshi、Yonezu Akio
    • 雑誌名

      Polymer Testing

      巻: 80 ページ: 106097~106097

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2019.106097

    • 査読あり
  • [学会発表] 有限要素法と画像相関法を用いた多孔質高分子膜のき裂先端応力場評価2020

    • 著者名/発表者名
      小平恭久, 三浦竜馬, 伊藤翔馬, 江守香南子, 米津明生
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 第51回応力・ひずみ測定と強度評価(SSE)シンポジウム
  • [学会発表] 多孔質高分子膜の二軸引張負荷装置の開発とその変形挙動2020

    • 著者名/発表者名
      三浦竜馬, 江守香南子, 小平恭久, 米津明生
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 第51回応力・ひずみ測定と強度評価(SSE)シンポジウム
  • [学会発表] 二軸圧縮ひずみによる球状ソフトマテリアルの表面座屈と剥離パターン2020

    • 著者名/発表者名
      江守香南子, 齋藤佑朔, 米津明生
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会 第51回応力・ひずみ測定と強度評価(SSE)シンポジウム
  • [学会発表] 多軸負荷を受ける多孔質高分子膜の変形挙動2019

    • 著者名/発表者名
      三浦竜馬, 江守香南子, 米津明生
    • 学会等名
      日本材料学会関東支部 2019学生研究交流会,
  • [学会発表] 有限要素法による多孔質高分子膜のき裂先端応力場解析2019

    • 著者名/発表者名
      小平恭久, 三浦竜馬, 伊藤翔馬, 江守香南子, 米津明生
    • 学会等名
      日本材料学会関東支部 2019学生研究交流会
  • [学会発表] 2層の球状ソフトマテリアルに発生する表面パターン2019

    • 著者名/発表者名
      江守香南子, 齋藤佑朔, 米津明生
    • 学会等名
      日本材料学会関東支部 2019学生研究交流会
  • [学会発表] 軟質な球状構造体上の薄膜に形成される凹凸形状2019

    • 著者名/発表者名
      江守香南子,齋藤佑朔, 米津明生
    • 学会等名
      日本機械学会M&M2019材料力学カンファレンス講演論文集
  • [学会発表] Anisotropic Deformation Behavior of Porous Polymeric Membranes Under Uni-Axial and Bi-Axial Loadings2019

    • 著者名/発表者名
      Kanako Emori, Akio Yonezu, Takumi Nagakura, Tatsuma Miura
    • 学会等名
      ASME2019 International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE)
    • 国際学会
  • [学会発表] Large Deformation Behavior of Porous Polymer Materials With 3D Random Pore Structure: Experimental Investigation and FEM Modeling2019

    • 著者名/発表者名
      Kanako Emori, Tatsuma Miura, Akio Yonezu
    • 学会等名
      ASME2019 International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE)
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Investigation of Spontaneous Buckling-Driven Delamination of Thin Films on Soft Spherical Substrate2019

    • 著者名/発表者名
      Yusaku Saito, Shuhei Yoshioka, Kanako Emori, Brenda Teoh Rui Ern, Akio Yonezu
    • 学会等名
      ASME2019 International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE)
    • 国際学会
  • [学会発表] スモールパンチ試験による延伸多孔質ポリマー膜の変形特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      江守香南子, 三浦竜馬,米津明生
    • 学会等名
      日本機械学会 第27回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2019)
  • [学会発表] 球状ソフトマテリアル上の表面膜の座屈モデリング2019

    • 著者名/発表者名
      江守香南子, 齋藤佑朔,米津明生
    • 学会等名
      日本機械学会 第27回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2019)若手ポスターシンポジウム
  • [学会発表] 多孔質高分子膜の多軸引張試験装置の開発2019

    • 著者名/発表者名
      三浦竜馬, 江守香南子, 米津明生
    • 学会等名
      日本機械学会 第27回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2019)若手ポスターシンポジウム
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://mater.mech.chuo-u.ac.jp/achivement/

  • [備考] 所属機関ホームページ

    • URL

      https://researchers.chuo-u.ac.jp/Profiles/3/0000280/profile.html

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公開日: 2021-01-27  

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