| 研究課題/領域番号 |
25709001
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
田中 展 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70550143)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 柔剛特性 / 可変機構 / 8回回転対称 / 正方セル / 分岐現象 |
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| 研究実績の概要 |
多種多様な環境下に応じて剛性を自動調整できる構造が存在すれば，従来の枠組にはない機械・構造設計が可能となる．本研究では，可変剛性構造体の基礎研究として，異なる荷重条件下で剛性を受動的に切り替える「柔剛特性」という概念を提唱し，その具現化に注力する．
上記の目的に即して平成27年度では，有限サイズのセル構造によって示されていた柔剛特性の変形メカニズムが，周期セル構造においても同様に生じることを数値解析によって明らかにした．具体的には，隣接する8回回転対称のセル間に線形バネを内挿し，その線形バネの剛性を変化させることで，ダイアモンド型の変形パターンから正方形型の変形パターンに推移することを示した．さらに，連続体はり要素で構成された正方セルを回転バネを内挿した4リンク機構に置き換えても同様に柔剛特性を示す変形メカニズムが発現することを数値解析によって明らかにし，数理モデルによる変形分岐点の厳密解を導出する動機を獲得した．本研究成果は微視的周期構造をもつメタマテリアルが柔剛特性を示すことを可能とする知見であり，また2次元セル構造を3次元に拡張する上での有用な情報になると考える．
本年度は上記の研究に並行して，正方セル部を4リンク機構に置き換えた2次元可変機構模型の拡張を行い，外部荷重の境界条件に依存して変形パターンが推移することを計測した．また，模型開発支援に向けた最適構造化システムの高度化（摺動解析モデルおよび均質化有限要素法の開発，はりの3次元弾塑性モデルの提案，3Dプリンタによって造形したABS樹脂試験片による弾性率および破壊靭性評価）を達成した．
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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
【研究実績の概要】で示したとおり，周期セル構造においても双剛性特性を示すことを明らかにし，さらに正方セルを4リンク機構に置き換えた機構システムにおいても同様の変形メカニズムが発現することを見出した．本研究結果は，柔剛特性を有する構造の3次元化を可能とする有用な知見である．しかし，具体的な3次元の幾何学的構造を提案する段階には至っておらず，研究計画調書と比較して進捗状況はやや遅れていると判断する．また，実機製作においては，正方セルを4リンク機構に置換したより再現性の高いシステムが構築できた．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度は，4リンク機構に拡張した2.5次元構造模型を用いて，押し込み領域を変更した圧縮試験によって双剛性特性の定量的評価を行う．また，内挿した線形バネの剛性を変更することで，変形パターンが推移する分岐点の計測にも注力する．並行して，数理モデルによる変形分岐点の厳密解の導出を試み，実験解との比較検証を行う．また，開発中の最適構造化システムと連携させて，柔剛特性を有するセル構造体の3次元化に取り組み，リンク機構をベースにした3次元構造模型の設計開発に注力する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度の研究成果によってセル構造体の3次元化における方向性は得られたものの，具体的な3次元の幾何学的構造の提案には至っておらず，構造模型の設計開発のおいて大きな進捗が得られなかったため，次年度使用額が生じた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度は，3次元小型構造体模型の研究開発に割り当て，設計開発費としては3D-CADソフトウェアや数値演算ソフトウェアのライセンス保守費を計上し，前年度使用予定経費から支出する予定である．また，本研究成果を発表するために，学会参加費／旅費および論文投稿費などを計上している．
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