| 研究概要 |
本研究は,複合材料など多種多様な不均質材料のうち,将来超軽量構造物やインプラントバイオコロニーなど種々の応用が期待できる多孔質材料について,ミクロなばらつきがマクロな特性に及ぼす影響を推定する手法の確立と提案手法の妥当性検証を目的としている.特に,比較的低コストで自由度の高い形状を作成可能な,光造形装置を用いた多孔質材料の作製を行い,特性評価を行う方法の開発を行う.
本年度は,できるだけ小さな空孔を有する多孔質材料を光造形装置により作製するために,本学で所有する光造形装置の高精度化を行った.また,有限要素法解析と造形との互換性を考慮した数値モデリング法およびデータ作製法を考案した.さらに,作製したプログラムを用いて二次元及び三次元な孔分布を有する多孔質材料のデータを作製し,高精度化した光造形装置を用いて試作して造形確認を行った.
また,光造形により作製した材料は,弾性定数と,孔の形状や配置などの幾何学的性状の両者がばらつくため,作製された材料や製品の力学的特性もばらつくことが予測される.このため,素材の弾性定数やミクロな構造がばらついた場合に材料全体の平均特性のばらつきや製品の力学特性のばらつきを予測するための確率均質化解析手法を構築した.提案手法の有効性と妥当性の確認のために,まずは通常の粒子強化および繊維強化複合材料を例として既存の方法と比較し,妥当性と計算効率などの有効性を数値シミュレーションにより確認した.また,特に,多孔質材料において孔は比較的ランダムに存在し,その場所によって孔の形状や密度がばらつくため,不均一な微視的ばらつきを考慮できる「階層型確率均質化解析手法」を開発した.
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