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2015 年度 実績報告書

局所不安定性解析を用いた欠陥を有する多層カーボンナノチューブの座屈特性評価

研究課題

研究課題/領域番号 26820006
研究機関信州大学

研究代表者

西村 正臣  信州大学, 学術研究院工学系, 講師 (40554580)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード分子動力学法 / カーボンナノチューブ / 格子欠陥 / 局所格子不安定性 / 弾性剛性係数
研究実績の概要

本研究では,欠陥構造がカーボンナノチューブ(CNT)の座屈特性に与える影響について検討するために,分子動力学法を用いて欠陥を有する多層CNTの圧縮および曲げ変形シミュレーションを実施する.さらに,原子レベルでの変形抵抗を議論する局所不安定性解析により,欠陥付近で生じる局部座屈について評価することで,欠陥を有する多層CNTの座屈メカニズムを原子レベルから明らかにする.

H27年度は,前年度に圧縮挙動を検討した種々の欠陥を有する多層CNTモデルを対象として,曲げ変形を実施し,局所不安定性解析を適用することで,曲げ変形下における座屈特性について検討し,以下の結果を得た.
曲げ変形を与えることによって,曲げ応力が圧縮応力となる側において,波状の局部座屈が生じた後で,全体が折れ曲がるような座屈変形が生じた.一方で,圧縮応力となる側に空孔欠陥を含んだ場合は,波状の局部座屈の発生傾向に変化が見られたものの,それ以外の位置の欠陥は座屈挙動に大きな影響を与えないことが示唆された.続いて,軸方向圧縮における検討と同様に,曲げ変形時における原子弾性剛性係数Bマトリクスの第2最小固有値を評価したところ,波状の局部座屈が生じるのに対応して,負となっていることがわかり,全体の折れ曲がりが生じる部分では,内部の層においても第2最小固有値が負となる原子が観察された.
以上により,H26年度に実施した軸方向圧縮とH27年度に実施した曲げ変形のいずれの変形においても,原子弾性剛性係数Bマトリクスの第2最小固有値の正値性の変化と局部座屈の発生とが対応することが明らかになった.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] 分子動力学法によるCNT の変形解析: 原子弾性剛性係数による座屈特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      西村正臣
    • 雑誌名

      計算数理工学レビュー

      巻: 1 ページ: 31-41

    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] 分子動力学法によるCNT の変形解析: 原子弾性剛性係数による座屈特性評価2016

    • 著者名/発表者名
      西村正臣
    • 学会等名
      日本計算数理工学会第30回計算数理工学フォーラム
    • 発表場所
      京都大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2016-03-18
    • 招待講演
  • [学会発表] 多層CNTの圧縮と曲げ変形における局部座屈の原子弾性剛性係数による検討2016

    • 著者名/発表者名
      西村正臣, 高橋直希
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部第53期総会・講演会
    • 発表場所
      信州大学(長野県長野市)
    • 年月日
      2016-03-05
  • [学会発表] Local buckling and atomic elastic stiffness in multi-walled carbon nanotube under compression and bending2015

    • 著者名/発表者名
      Masaomi Nishimura, Naoki Takahashi, Masahiro Arai
    • 学会等名
      3rd International Workshops on Advances in Computational Mechanics
    • 発表場所
      Tokyo(Japan)
    • 年月日
      2015-10-12 – 2015-10-14
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多層カーボンナノチューブにおける局部座屈と原子弾性剛性係数2015

    • 著者名/発表者名
      西村正臣, 髙木佑
    • 学会等名
      第20回分子動力学シンポジウム講演会
    • 発表場所
      山形大学(山形県米沢市)
    • 年月日
      2015-05-22
  • [備考] 信州大学 工学部 機械システム工学科 固体力学研究室

    • URL

      http://www.mech.shinshu-u.ac.jp/laboratories/i/index.html

  • [備考] 信州大学 研究者総覧 西村正臣

    • URL

      http://soar-rd.shinshu-u.ac.jp/profile/ja.yeTNbpkh.html

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公開日: 2017-01-06  

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