Creation of Functional Lattice Structure for Energy Absorption of Underwater Pressure Waves

创建用于水下压力波能量吸收的功能格子结构

• 批准号: 21K14048
• 负责人: 小島 朋久
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Chuo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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-21K14048/
• 关键词: メカニカルメタマテリアル; 衝撃吸収; 応力波; ラティス構造; 圧力波; 衝撃; エネルギ吸収; 流体構造連成; 波動伝播; メタマテリアル

プラントで配管内爆発事故が発生した最悪の事態における被害を低減するためには，発生する圧力波動のエネルギ吸収機構が極めて重要である．本研究は音響メタマテリアルが持つ構造の振動や波の干渉を利用した圧力波の調質・減衰機構の設計原理を抽出し，ラティス構造に適用することで，ラティス構造の変形によるエネルギ吸収と音響メタマテリアルの原理を適用したエネルギ減衰/散逸の2つの機構を併せ持つ『機能性ラティス構造』の設計学理を構築することを目的としている．本年度は以下の各点について研究を進め，それぞれ目標を達成した．１．音響メタマテリアルの一つである，振動を利用して特定の周波数帯にある音波を完全反射するフォノニック結晶の設計パラメータをラティス構造の材料パラメータに置き換えることによって，特定の周波数帯の弾性波の透過を阻止するフォノニックバンドギャップを有するラティス構造の形状を決定した．また直交三軸方向に等方性を持つ多数のラティス構造を単軸圧縮する数値解析と実験を実施し，変形によるエネルギ吸収量がより大きくなる構造の特徴を抽出した．２．前年度に構築したユニットセル内部の応力波伝播挙動を解析する数値解析モデルを基にして，境界条件や複数の時間積分法を適用して比較検討しつつ発展させ，ラティス構造の数値解析モデルを構築した．ラティス構造に圧力波による衝撃負荷が作用した場合の解析を行い，構造の内部で応力波が反射・干渉を繰り返しながら伝播することで構造の振動を誘起する可能性を示した．３．前年度に作製した実験装置を使用して3Dプリンタにて造形した高分子製BCCラティス構造を弾性域内にて圧縮する実験を行い，ハイスピード撮影によりラティス構造が変形する様子を観察するとともに，負荷圧力履歴とラティス構造を介して後方に伝わった荷重履歴を得た．

The occurrence of piping implosion is the most important event, and the occurrence of pressure ratio and suction mechanism is extremely important. This paper introduces the design principle of the vibration damping mechanism of the acoustic vibration damping structure. The design theory of functional structure is constructed according to the principle of application, attenuation and dissipation. This year, the following research points were made, and the objectives were achieved. 1. Sound transmission and vibration utilization. 2. Complete reflection of sound waves in specific frequency bands. 3. Crystallization design. 4. Structural materials. 5. The transmission of a specific frequency band is prevented, and the shape of the structure is determined. 2. Extraction of structural characteristics of the structure in the previous year. Analysis of internal force wave propagation. Numerical analysis. Basic analysis. Boundary conditions. Application of time integration method for complex propagation. Comparison and development. The structure of the structure of the number of analysis. Analysis of the impact load on the structure, reflection and vibration of the internal structure, and the possibility of inducing vibration of the structure. The structure of the vehicle is not stable.

项目成果

Dynamic Compressive Behavior of Polymeric Micro‐lattice Structure Fabricated by Optical 3D Printer

光学3D打印机制造的聚合物微晶格结构的动态压缩行为

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryoya Kuriyama;Takahiro Kawano;Tomohisa Kojima;Hiroyuki Yamada;Kohei Tateyama;Tomoaki Tsuji
• 通讯作者: Tomoaki Tsuji

トポロジー最適化により設計したセル構造体の圧縮および塑性崩壊挙動の有限要素解析

拓扑优化设计的蜂窝结构压缩和塑性倒塌行为的有限元分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 高瀬 雄太;川野 貴弘;小島 朋久;辻 知章
• 通讯作者: 辻 知章

マイクロラティス構造の音響特性評価

微晶格结构的声学性能评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 崎山悠悟;高瀬雄太;小島朋久;辻知章
• 通讯作者: 辻知章

固液連成界面における波動伝播現象の解明とラティスメタマテリアルによる水中圧力波減衰の試み

阐明固液界面的波传播现象并尝试使用晶格超材料衰减水下压力波

• 发表时间: 2023
• 作者: Takase Yuta;Kawano Takahiro;Kojima Tomohisa;Tsuji Tomoaki;小島朋久;小島朋久
• 通讯作者: 小島朋久

Finite Element Analysis on Plastic Collapse Behavior of Topology-Optimized Cellular Structure Subject to Compressive Loading

拓扑优化蜂窝结构受压载荷塑性破坏行为的有限元分析

• DOI: 10.1115/imece2021-70744
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of the ASME 2021 International Mechanical Engineering Congress and Exposition
• 作者: Takase Yuta;Kawano Takahiro;Kojima Tomohisa;Tsuji Tomoaki
• 通讯作者: Tsuji Tomoaki