Design of mechanical properties of core structures based on science of origami

基于折纸科学的核心结构力学性能设计

• 批准号: 21K03755
• 负责人: 石田 祥子
• 金额: $ 1.75万
• 依托单位: Meiji University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03755/
• 关键词: コア構造; 複合材; Metamaterial; 塑性変形; 折紙; 複合材料

ハニカムコアは軽量高剛性な構造として広く普及しており，ハニカムコアを用いて機械を設計する上で強度や剛性は特に重要な特性である．■折紙の数理による新ハニカムコアの設計折紙の数理を基に設計した，面外強度を向上させた新たなハニカムコアの面外強度以外の力学的特性を明らかにするため，新ハニカムコアを数値モデル化し有限要素解析を行った．新ハニカムコアには角筒セルが付加されているが，曲げ剛性にはほとんど影響せず，従来のハニカムコアと同等という結果が得られた．せん断剛性に関しては，角筒セルの形状が特殊な場合には従来のハニカムコアよりも剛性が向上し，それ以外の場合は同等という結果が得られた．また，従来ハニカムコアのせん断剛性の理論式(Gibson & Ashby, 1999年)を拡張し，新ハニカムコアの付加的な角筒セルを考慮した理論式を立式した．解析結果および理論式により，面外強度，せん断剛性，曲げ剛性はトレードオフの関係にないことが分かったため，総合的に判断して従来ハニカムと同等あるいはそれ以上の特性を持つと言える．さらに，汎用性の高い熱可塑性樹脂を用いて精度よく新ハニカムコアを製造するための成形条件を明らかにした．これらの結果は国内学会にて口頭発表を行った．■円筒ハニカムコアのせん断剛性折紙の数理に基づいて設計した円筒ハニカムコアのせん断剛性を検討するため，圧縮試験機の並進距離を回転距離に変換し，与えた変位とトルクの関係から円筒ハニカムコアのせん断剛性を算出するクランクスライダ機構を用いたせん断実験手法を構築した．従来ハニカムコアのせん断剛性の理論式を拡張した円筒ハニカムコアの理論式を立式し，さらに有限要素解析によりせん断剛性の解析値を求め，実験値，理論値，解析値の定性的な傾向が一致することを確認した．これらの結果は国内外の学会にて口頭発表を行った．

High-strength and high-rigidity structure of the Huracan The strength and rigidity of the machine used in the design of the company are important features. ■ Origami's mathematical design and design, origami's mathematical design and out-of-plane strength design, new design and design Characteristics of mechanics other than out-of-plane strength, を明らかにするため, new ハニカムコアをnumber, モデル化しfinite element analysis, を行った． New ハニカムコアには Horn tube セルがFUKA されているが, quげrigid にはほとんど affects せず, and 従来のハニカムコアと is the same as という and the result is られた． The rigidity is cut off and the shape of the corner tube is used for special occasions.コアよりもrigidityが upwardし,それのcases other than the sameはというresultがgetられた．また, 従来ハニカムコアのせんbreaker Rigidity Theoretical Formula (Gibson & Ashby, 1999) を拡张し, the new ハニカムコアのFUKA's な corner tube セルを considers the した theoretical formula を vertical type した. Analytical results: および theoretical formula により, out-of-plane strength, せん fracture stiffness, curved stiffness はトレードオフの relation にないことが分かったため, 合合にJudgment して従来ハニカムとequivalent あるいはそれ Above characteristics をhold つと语える.さらに, the thermoplastic resin with high versatility is used and the いて precision is used.これらの Results は Domestic Academy にて Oral 発expression を行った. ■ 円 tube ハニカムコアのせんbreaker Rigid origami のMathematical に based づいて design した円 tube ハニカムコアのせんbreaker rigidity を検するため, the parallel advance distance of the compression test machine and the return distance From に変change し, to the えた変 position and とトルクのrelations から円 tube ハニカムコアのせん干干The nature is calculated using the するクランクスライダ mechanism and is constructed using the いたせんbreaker technique.従来ハニカムコアのせんbreaker rigidity のtheoretical formula を拡张した円tube ハニカムコアのtheoretical formula をvertical し, さらにfinite element solution Analyze the rigidity of the analytical value, the theoretical value, the analytical value of the qualitative analysis, the tendency of the analysis, the consistency of the analysis, and the confirmation of the determination.これらの Results は Domestic and overseas learning に て oral 発 table を 行 っ た．

项目成果

曲率半径を変更した円筒ハニカム構造のせん断弾性係数の評価

改变曲率半径的圆柱蜂窝结构剪切弹性模量的评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 三宅 伸;和泉 幸宏;齋藤 賢一;宅間 正則;高橋 可昌;佐藤 知広;山口雅貴，石田祥子
• 通讯作者: 山口雅貴，石田祥子

Out-of-plane stiffness and strength of bio-inspired honeycomb cores with extra hollows

具有额外空心的仿生蜂窝芯的面外刚度和强度

• 发表时间: 2022
• 作者: Sachiko Ishida;Mudong Li;Kazuya Saito
• 通讯作者: Kazuya Saito

生物を模倣した新形状ハニカムコアの強度とエネルギ吸収量の評価

模拟生物的新型蜂窝芯的强度和能量吸收评估

• 发表时间: 2021
• 作者: Minami Fujioka;Masatoshi Shimoda;BEN YUE，山口峻平，石田祥子
• 通讯作者: BEN YUE，山口峻平，石田祥子

熱プレス成形による樹脂製生物模倣ハニカムコアの製作法

树脂仿生蜂窝芯热压成型的生产方法

• 发表时间: 2023
• 作者: 大見敏仁;藤澤示哉;寺垣孔生,横堀壽光;K.Saitoh and S.Mibu;冨岡由希，石田祥子
• 通讯作者: 冨岡由希，石田祥子

Numerical and theoretical evaluation of out-of-plane stiffness of truss core panels

桁架芯板面外刚度的数值和理论评估

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryuto Asagami;Sachiko Ishida
• 通讯作者: Sachiko Ishida