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．

为了减少植物管道爆炸的最坏情况下的损害，生成的压力波的能量吸收机制非常重要。这项研究旨在提取压力波温度和阻尼机制的设计原理，这些机制利用了声学结构的振动和波浪干扰，并将其应用于晶格结构，并构建了功能晶格结构的设计理论，这些理论结合了两种机制：由于植物的变形/静态降级而导致的能量吸收，这是植物性降解的植入术，该理论的静态剂量/植物的变形，这些机制的植入率/静态剂量的变形构成了植入式降级/静态剂量的构成。超材料。今年，我们对以下几点进行了研究，实现了我们的每个目标。 1。通过更换使用振动的音调晶体的设计参数，以完全反映特定频带中的声波，该频带是晶格结构的材料参数，我们确定了晶格结构的形状，并用语音带隙的形状，可阻止在特定频率波段中弹性波传输弹性波。此外，在正交三轴方向上进行了数值分析和实验，以单轴线压缩大量具有各向同性性质的晶格结构，并提取了增加因变形而增加的结构的特征。 2。基于分析上一年构建的应力波传播行为的数值分析模型，我们通过应用边界条件和多个时间整合方法开发了它，并在比较和检查它的同时开发它。当应用压力波引起的冲击载荷时，我们分析了晶格结构，并表明应力波反复在结构内反复传播，从而导致结构的振动引起振动。 3。我们进行了一项实验，其中使用3D打印机使用上一年在弹性范围内制造的实验设备压缩了一个聚合物BCC晶格结构，并观察了如何通过高速摄影通过高速摄影变形，并获得了载荷压力史并通过晶状结构向后传递的负载历史记录。

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