| 研究課題/領域番号 |
19K15319
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
梶川 翔平 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (00772815)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 木質系材料 / 木材 / マルチスケール有限要素解析 / 大変形加工 / 仮想材料試験 |
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| 研究実績の概要 |
2021年度は，木材の圧縮試験に関して，マルチスケールFEM解析および実験結果を比較し，解析結果の妥当性を検証した．また，木材の降伏後の変形挙動を把握するため，木材の鍛造加工実験を行い，変形中の細胞構造の変化を調査した．主な実績は，以下の通りである．
(1) スギ材の年輪傾角が横圧縮特性に及ぼす影響を，年輪構造を再現したモデル（年輪モデル）を用いたマルチスケールFEM解析および実験にて調査した．その結果，降伏応力およびヤング率は試験片の年輪傾角によって変化し，解析および実験における傾向が一致した．したがって，降伏に至るまでの微小変形領域においては，細胞構造を模擬したマルチスケールFEM解析によって，木材の圧縮特性を再現できる可能性がある．
(2) 早材部および晩材部のみを模擬したモデル（早材モデル，晩材モデル）を用いてマルチスケールFEM解析を行い，年輪モデルと比較した結果，年輪モデルの圧縮特性は，早材および晩材モデルの特性が組み合わさったものになっていることが確認された．また，年輪モデルの材料特性は，モデルを構成する早材および晩材部の比率に支配されていることが明らかになった．
(3) 木材の鍛造加工実験を行い，試験片に対する圧縮方向の違いが変形挙動に及ぼす影響を調査した結果，圧縮方向が異なると，変形挙動は大きく変化した．繊維方向にプレスした場合，細胞構造の破壊をともないながら変形する．一方，半径方向に圧縮する場合，空隙部分が押しつぶされるが，細胞構造は破壊されにくい．
(4) 鍛造加工にて見られるような木材の大変形挙動をより詳細に検討するため，Discrete Element Method (DEM)を用いた解析モデルを検討した．まずは，単純な粒子の組み合わせによるモデルを作成し，木材の圧縮に関する解析を実施した結果，粒子サイズが加工荷重に及ぼす影響に関して，実験と解析結果における傾向が一致した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
2021年度は，解析結果を実験にて検証することができ，おおむね順調に進捗した．一方で，2020年度に新型コロナウイルス感染拡大の影響を受けたため，研究計画全体としてはやや遅れていると判断した．このため，研究期間を1年延長し，研究を推進する．
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| 今後の研究の推進方策 |
あらゆる樹種に対する提案方法の適用可能性を確認するため，これまでに調査を行ってきたスギ以外の樹種に対して，マルチスケールFEM解析と実験による圧縮試験を実施し，樹種に応じて変化する細胞構造が圧縮特性に及ぼす影響を検討する．樹種としては，ヒノキ，マツなどの針葉樹に加え，細胞構造が大きく異なる広葉樹も用いる．また，圧縮試験以外の材料試験も実施し，解析結果と比較することによって，仮想材料試験による直交異方性パラメータ取得の可否を検討する．さらに，降伏後の木材の大変形挙動に関する調査を進めるため，様々な条件（圧縮量，方向，水分量）にて鍛造加工実験を行い細胞構造の変化を観察するとともに，細胞構造を再現したモデルにてDEM・FEMの連成解析を行うことによって，木材の降伏，変形のメカニズムを把握する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2021年度は順調に研究が進捗した一方，2020年度に新型コロナウイルス感染拡大の影響を受けたため，研究計画に遅れが生じており，それにともなって，次年度使用額が生じた．当該助成金は今年度実施できなかった提携先での実験を行うための旅費や物品費として使用する．
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