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シンプルな物理モデルによる切り紙構造の力学特性－応用に向けた開発原理の提示－

使用简单物理模型的剪纸结构的机械特性 - 介绍应用的开发原理 -

基本信息

批准号：
17J04315
负责人：
磯部翠
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Ochanomizu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17J04315/
关键词：
切り紙構造力学応答材料力学スケーリング則

项目摘要

“切り紙構造”はシート材料に多数の切れ込みを入れた構造であり、簡単な加工でシートの大きな伸長を可能にすることができる。多様なシート材料が開発される中、その利用の幅を広げることを期待されている。本研究では切り紙構造の物理的性質を解明するため、引っ張り実験における力学応答を調べている。これまではケント紙を加工した切り紙試料を自作の装置で引っ張り、その変形初期の転移現象前後に着目して実験と理論の両アプローチを用いて研究を進めてきた。構造を簡単化したモデルについて弾性エネルギーを導くことで理論式を導き、実験結果と整合することを確認している。紙以外での素材での振る舞いの違い、初期領域において説明できていない降伏現象の説明、初期領域以外の領域の現象の解明などが課題となっていた。今年度は、以下の二点について進捗を得た。1.シンプルモデルと転移の不連続性…これまでと同様のシンプルモデルの理論より、転移直後にみられる降伏は、転移点における平面内変形・平面外変形での力の不連続性によるものだと示した。平面内変形・平面外変形それぞれの力に比例関係があることを導いた。実験によって以上の結果を確かめた。2.一般化モデルにおける転移現象の発現の理論…シンプルモデルを一般化したモデルから、一般的な変形におけるエネルギー関数の変化と熱力学的な臨界現象における連続転移とのアナロジーを示した。この理論と以前の理論は、それぞれ異なるパターンの実験結果を再現した。また、一般化モデルにおけるエネルギーと力の計算結果を、解析的にも記述することに成功した。シンプルモデルについても同様に導き、これまでの結果をすべて解析的に比較することを可能にした。

"Cut paper structure" Most of the material cut into the structure, simple processing, large elongation, and so on. A variety of materials are developed and utilized in a variety of ways. In this study, the physical properties of paper structures are explained, and the mechanical properties of paper structures are adjusted. The paper sample is processed automatically, and the device is used to introduce the tension and the initial shift phenomenon of the paper sample. The structure is simplified and the results are confirmed. The material outside the paper field is not in accordance with the rules, the initial field is not in accordance with the rules, the phenomenon outside the initial field is not in accordance with the rules. This year, the following two points are added to the list. 1. In-plane shape and out-of-plane shape of force and continuity of force are shown in the following ways: In-plane shape and out-of-plane shape are proportional to each other. The above results are true. 2. Theory of the occurrence of generalized shift phenomena and thermodynamic critical phenomena This theory is different from the previous theory. The results of calculation and analysis of force are described successfully. The results of the analysis are compared with the results of the analysis.