生体骨の力学的構造を応用した衝撃分散に優れた未来型複合材料の開発に関する研究

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16560085
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: 片山 傳生 同志社大学, 工学部, 教授 (70161065)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 英毅 同志社大学, 工学部, 嘱託講師 (00270306)
• Keywords: 生体骨 / 海綿骨 / 固-流体複合構造 / バイオミメティックデザイン / 固-気体複合材料 / 動的荷重分散 / 有限要素法解析

Research Abstract

本研究の目的はバイオミメティックデザインによる未来型新複合材料の開発設計である.全体の計画は生体骨の力学的機能の解明による具体的な設計方針の確立(基礎的研究1),未来型新複合材料の最適設計技術の開発(基礎的研究2),未来型新複合材料の成形加工技術の開発(応用的研究)である.基礎的研究1は申請者らの研究成果として達成された.つまり,研究費申請期間の研究計画は,基礎的研究2から応用的研究の段階に該当する.基礎的研究1の成果として申請者らが提唱した"固-気体複合材料"の実用化に向けて,数値解析技術,実験計測技術を独自開発することにより衝撃負荷に対する荷重分散性能を明らかにする.
本年度(平成17年4月1日〜平成18年3月31日)の助成金に基づく具体的な研究実績は次の通りである.
1.未来型新複合材料の創製と動的荷重分散機能の評価として,(1).固-気体複合材料の創製(物品費:アルミハニカムコア等購入費適用)が実施され,(2).動的荷重分散機能の評価(物品費:ロードセル等購入費適用)が,高速衝撃試験機(同志社大学保有),衝撃分散多チャンネル計測装置(同志社大学保有)および高速変形撮影装置(同志社大学保有)を用いて検討された.その結果,ハニカムコアのセル壁穿孔条件およびセル壁厚さ,ならびに気体封入膜条件が荷重分散および衝撃吸収設計における重要な設計因子であることを解明した.
2.動的固-気体連成解析による機能最適設計法の開発として,(1).界面荷重伝達のモデル化,および(2).機能設計因子の影響解析が検討された.上記項目1.において得られた知見に基づき,構造の最適設計へ向けてのモデル化解析の手法が構築された.
3.研究成果として,(1).国内学会:3件(口頭発表),および(2).国際会議:1件(申し込み)による公表が実施された.これらは,平成18年度に国内外の学会誌に発表予定である.