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2010 年度 実績報告書

マイクロ充填粒子の形態・強度・界面制御による高分子材の高強度多機能化

研究課題

研究課題/領域番号 22360054
研究機関福井工業大学

研究代表者

冨田 佳宏  福井工業大学, 工学部, 教授 (10031147)

研究分担者 屋代 如月  神戸大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50311775)
高木 知弘  京都工芸繊維大学, 大学院・工芸科学研究科, 准教授 (50294260)
陸 偉  大阪府立大学, 工学研究科, 助教 (20398423)
内田 真  岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 助教 (90432624)
キーワード高分子材 / 粒子強化複合材 / 多機能化 / 界面制御 / 有限要素法 / 均質化法 / 分子鎖網目理論 / 分子動力学
研究概要

充填高分子材の強度評価ならびに巨視的に所要の高強度・多機能性を有する充填高分子材の創生を目指して以下の研究成果を得た.
1. マイクロ充填粒子の強度・形態,分布状態ならびに界面特性と充填高分子材のマクロスケールの変形挙動の関係を評価する新たなモデルを構築するために,母相の高分子材が,温度,ひずみ速度,変形履歴に依存して大きく変化する力学特性を首尾よく表現する構成式を,申請者らの分子鎖のからみ点の変化を許容する非アフィン8鎖モデルを一般化することによって構築した.
2. 充填粒子と高分子材との界面の挙動の実験による観察を精査して分子動力学的手法を用いて界面モデルを構築した.新たに定式化した構成式と界面モデルならびに均質化法を用いて充填高分子材の代表体積要素シミュレーションモデルを構築し,マイクロスケールの充填粒子の強度・形態,分布状態ならびに界面特性と充填高分子材のマクロスケールの変形応答を直接関連付けることが可能なモデルを構築した.
3. 高分子鎖の周りの高分子鎖との相互作用によって発現するひずみ速度依存性を表現可能なモデルへの一般化を行い,対応する構成式を定式化・同定した.構成式同定に用いた条件とは異なる条件で変形させた高分子材料の変形応答を予知し,その妥当性を確認した.
4. 定式化した非晶性高分子材の構成式と,鎖方向に非延伸特性を有する結晶モデルを用いて部分結晶高分子材の構成式を構築し,母材が部分結晶性高分子材あるいは変形中結晶化の発生をも扱うことが出来るモデルへ一般化した.
5. 粒子表面の存在による高分子鎖の切断,表面の性状と界面の厚さ関係,粒子表面からの距離に依存した高分子鎖の分布特性などを解析することによって,充填粒子と高分子材との相互作用を評価可能な代表堆積要素を形成し,均質化法を適用することによって,マルチスケールモデルを構築した.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Static recrystallization simulations starting from predicted deformation microstructure by coupling multi-phase-field method and finite element method based on crystal plasticity2010

    • 著者名/発表者名
      T.Takaki, Y.Tomita
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 52 ページ: 320-328

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational Evaluation of Elasto-Viscoplastic Deformation and Strength of Rubber Blended Semi-crystalline Polymer2010

    • 著者名/発表者名
      M.Uchida
    • 雑誌名

      International Journal of Damage Mechanics

      巻: 19 ページ: 361-374

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Studies on Micro- to Macroscopic Mechanical Behavior of Porous Polymer under Compaction2010

    • 著者名/発表者名
      I.Riku
    • 雑誌名

      International Journal of Damage Mechanics

      巻: 19 ページ: 271-283

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics simulation of polyethylene under cyclic loading : Effect of loading condition and chain length2010

    • 著者名/発表者名
      Kisaragi Yashiro
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Sciences

      巻: 52 ページ: 136-145

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 結晶塑性Phase-Fieldモデルの構築と塑性変形を伴う微視組織形成過程のシミュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      山中晃徳
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集A編 平成22年度日本機械学会論文賞受賞論文

      巻: 75 ページ: 1794-1803

    • 査読あり
  • [学会発表] Mechanical Response of Silica Filled Rubber2011

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Tomita
    • 学会等名
      Plasticity'11
    • 発表場所
      Puerto Vallarta(基調講演)
    • 年月日
      20110103-20110108
  • [学会発表] Deformation Behavior of Silica-Filled Rubber under Monotonic and Cyclic Straining2010

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Tomita
    • 学会等名
      Proc.AEPA2010
    • 発表場所
      Wuhan, China(招待講演)
    • 年月日
      20101115-20101117
  • [学会発表] シリカ充填ゴムの微視組織のモデル化と変形挙動のシミュレーション2010

    • 著者名/発表者名
      望月利紀
    • 学会等名
      日本機械学会 第23回計算力学講演会
    • 発表場所
      北見工業大学
    • 年月日
      20100923-20100925
  • [図書] 連載講座 高分子材料の力学特性評価と高機能化(1)-(10)2010

    • 著者名/発表者名
      冨田佳宏
    • 総ページ数
      70
    • 出版者
      養賢堂

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公開日: 2012-07-19  

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