| 研究課題/領域番号 |
20H02035
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 近畿大学 |
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研究代表者 |
坂田 誠一郎 近畿大学, 理工学部, 教授 (80325042)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | マルチスケール確率応力解析 / 複合材料 / 三次元造形材料 / 強度推定 / ランダムフィールドモデリング / 等価弾性率推定 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、複合材料または三次元造形材料などの、微視的な不均質性を有する先端材料を対象とし、材料の微視的なランダム性を考慮した革新的な材料特性評価法の確立を目的としている。特に、これまで取り組んできた確率均質化解析・マルチスケール確率応力解析手法をより一般的な問題に拡張するとともに、実際に作成した材料の非破壊内部検査によりランダム場を同定し、それを考慮した解析法を確立して当該材料の定量的な等価弾性率・強度推定への有効性検証を行う。
Ｒ２年度は、Ｘ線ＣＴ装置を導入し、まず三次元造形材料の内部構造を非破壊検査し、微視構造の幾何学的特徴を測定するとともに、ランダムフィールドモデリング法を用いて微視的な幾何学的確率場の同定を試みた。具体的には、熱溶解積層法（ＦＤＭ法）で作成された試験片の内部構造について、特に積層する樹脂のパス幅を幾何学的確率変数とし、その確率特性を求めた。さらに、それを用いて材料試験を模擬した数値シミュレーションを実施し、見かけの弾性率および微視的な応力について、従来の一様なランダム場を仮定した場合との比較を行った。
これに加え、ランダムフィールドモデリング法を一方向繊維強化複合材料に適用するために、まず二次元ランダムフィールドモデリングを試験片断面のＳＥＭ画像に対して自動的に実施するプログラムを開発し、繊維含有率分布や繊維配置分布のランダム場を同定するとともにそれを用いたモンテカルロシミュレーションを試行し、実験との比較を行い今後の課題を検討した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初計画では、Ｒ２年度は（１）試験片の実測に基づく二次元ランダムフィールドモデリング（ＲＦＭ）の実施およびその自動化、（２）二次元ＲＦＭにより同定したランダム場を考慮した解析手法の開発及び数値計算の実施、（３）実験による強度データ取得および数値結果との比較を行う予定であった。これらのうち、（１）のＲＦＭの自動化については一部課題が残っており、また（３）の実験結果との比較においても現在定性的な比較までを行っているなど、若干進捗が遅れている一方、Ｒ３年度に実施予定であった複合材料への適用を並行して進めていることから、全体としてはおおむね順調に進展していると判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在までの進捗はおおむね順調であることから、今後についても計画通り研究を推進する予定である。ただし、現時点で課題となっているＲＦＭの自動化をより進めるとともに、数値計算結果と実験結果との定量的比較をより積極的に行い、実材料の特性評価に向けた改善を柔軟に行いたい。
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