2016 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ技術および生物科学の積極導入による新しい多重機能型構造システムの研究開発
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15H04207
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐藤 太裕 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00344482)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島 弘幸 山梨大学, 総合研究部, 准教授 (40312392)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 生物形態模倣 / 座屈変形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はナノ技術および生物化学的知見を積極的に導入することにより、既存の概念にとらわれない卓越した多重機能を有する構造材料、構造システムの提案を行うことを大きな目的とするものである。具体的には「カーボンナノチューブ」に代表されるナノスケール炭素繊維の形状変形性能と、それに伴う電子状態変化を積極利用した新しい構造システムや、生物が長年の進化の過程で獲得した力学的に最適な形態の模倣技術を活かした構造設計技術の新規提案を行う。第二年度である平成28年度は以下の研究を実施し、新しい知見を得た。
・カーボンナノチューブの曲げ、軸圧縮荷重を受ける状況下における挙動の把握を行う解析モデルを薄肉円筒シェル理論ベースで構築した。これにより特に多層ナノチューブにおいて軸方向に波状変形を伴う興味深い挙動が抽出された。また静水圧荷重下における解析は軸方向の周期境界を用いることにより原子数の制約が少ないことから、分子動力学解析を実施し、特に欠陥のあるナノチューブに対して特徴的な荷重－エネルギー曲線が得られることを確認した。
・竹の断面内組織構造（維管束分布）に着目し、これが曲げ剛性に与える影響について構造力学的に考察し、既往の維管束分布計測結果と比較を試みた。その結果維管束分布平均密度に応じて竹は曲げ剛性が最大となるように分布していることを見出した。具体的には断面積が小さく維管束密度も低い先端部分では一次関数に従い、断面積が大きく維管束密度が大きい根本付近では二次関数に従うとされた計測結果に対し、各断面で曲げ剛性を最大とする分布密度の関数形は非常によく一致することが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度に引き続き研究成果が順調に形になっており、国内外に査読付き学術論文にも複数掲載される結果を得ることができた。このことから上記区分の自己評価となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である平成２９年度は本研究を包括的にまとめるとともに、本研究成果を実際の高機能構造物として開発する取り組みを実施予定である。また昨年度より本研究を基課題とする科研費国際共同研究強化を並行実施しており、平成２９年度は英国ケンブリッジ大学にて国際共同研究を行う予定である。この共同研究により本研究をより進展させることを目標とする。
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