エネルギートラッピングと非線形弾性波に基づく新しい衝撃吸収構造の創製

创建基于能量捕获和非线性弹性波的新型减震结构

• 批准号: 22K14154
• 负责人: 安田 博実
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14154/
• 关键词: マルチステイブル; 機械的メタマテリアル; 衝撃吸収構造; 非線形波動

本研究課題では、複数のエネルギー的に安定な状態を有するマルチステイブルな特性を示す構造に注目し、エネルギートラッピングを伴った非線形波動伝播に基づく衝撃吸収機構の開拓を目指す。構成要素となるユニットセルの機械的特性を特定の材料に依存するのではなく、幾何形状の設計により特性の向上を図ることで、これまでの塑性変形を用いた衝撃吸収とは異なり、弾性変形のみによるエネルギーの吸収・散逸により繰り返し利用が可能な衝撃吸収構造の実現が期待できる。2022年度は、折り紙構造に基づくマルチステイブル構造のデザインとそのモデル化を行った。モデル化では、折り紙に基づく構造を剛体要素とそれらをつなぐ折り目部を回転ばね要素として構成することで、大きな変形が伴う折りの挙動を表現できるようにした。このモデルを用いて、構造全体の変形挙動や静的な機械応答の解析の他に、数値解析によりユニットセルレベルでエネルギー的に安定な状態が1つのモノステイブルから複数有するマルチステイブルなデザインまで様々なコンフィグレーションを発見した。また、設計したユニットセルを複数連結させたチェーン構造の数値解析も実施し、与える衝撃に応じて孤立波の生成またはエネルギートラッピングを伴う非線形波動といった異なる波動伝播の現象を発現することを明らかにした。このようなマルチステイブル構造の製作に関して、樹脂材料を用いた積層造形装置による試作も行っている。

This study is aimed at the development of a multi-dimensional shock absorber structure. The mechanical properties of the constituent elements depend on the material, the geometry, the design, the characteristics, the plastic deformation, the impact absorption, the variation, the absorption, the dissipation, the utilization, the impact absorption structure, and the realization. In 2022, the basic structure of the folding paper was changed. The structure of the rigid body is composed of two parts: one part is composed of two parts and the other part is composed of two parts. The analysis of mechanical response of the whole structure is carried out in different ways, and the numerical analysis is carried out in the stable state of the structure. The number analysis of the structure of the multiple links is carried out, and the impact of the multiple links is carried out. The resin material is used in the multilayer molding device.

项目成果

University of Pennsylvania(米国)

宾夕法尼亚大学（美国）

Collisions of nonlinear waves in flexible mechanical metamaterials

柔性机械超材料中非线性波的碰撞

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiromi Yasuda;Hang Shu;Weijian Jiao;Vincent Tournat;Jordan Raney
• 通讯作者: Jordan Raney

マルチステイブル構造中を伝搬する非線形波動解析

多稳态结构中传播的非线性波分析

• 发表时间: 2022
• 作者: T.Sannomiya;D.Nakamura;J.Arakawa;T.Kado;T.Tsudo;S.Takahashi;M.Hiraoka;H.Akebono;A.Sugeta;臼井康貴,四ツ谷隆太,荒川仁太,曙 紘之,菅田 淳;板谷拓実,藤田一輝,荒川仁太,曙 紘之,菅田 淳,青木祥宏,藤井英俊;安田博実
• 通讯作者: 安田博実

Triggering of transition waves by the collision of solitons or breathers in bistable mechanical metamaterials

双稳态机械超材料中孤子或呼吸器碰撞触发过渡波

• 发表时间: 2023
• 作者: Vincent Tournat;Apostolos Paliovaios;Vassos Achilleos;Georgios Theocharis;Hiromi Yasuda;Hang Shu;Weijian Jiao;Jordan Raney;Katia Bertoldi
• 通讯作者: Katia Bertoldi