自由自在な変形を可能とする階層的メカニカル・メタマテリアルの創製

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従来のセルの幾何学的制御は、１．「規則的」配置による高強度化、２．「不規則的」配置による変形の安定化の2種類に大別される。「規則」と「不規則」は文字通り二律背反であるため、これらの構造が共存した幾何学的制御は未だ存在していない。そこで本研究では、「規則構造」および「不規則構造」の両者を「階層的」に配置するといった独創的発想で従来の2種類の変形機構を共存させ自由自在な変形を可能とする階層的メカニカルメタマテリアルの創製を目指す。本研究は2つのフェーズAおよびBに分類され、進捗に合わせて適宜フェーズを移行して研究を行う。2022年度ではフェーズAとして、単位セル構造の変形特性データベースの構築を行った。また、両フェーズに共通の試験装置である落錘型試験装置の作製を行った。実施した具体的内容としては、解析モデル作成および構造解析、試験片作製、試験装置作製および試験装置の実装である。解析モデルの作成は、自作の3D形状作成プログラムを使用した。本プログラムではセルの形状、大きさ、配置の乱雑性、セル壁の厚み、異方性、セル壁の節の大きさを任意に変更することが可能であり、オープンセル構造とクローズドセル構造のシームレスな移行も再現できる。本手法を用いて、セル構造体の圧縮特性に及ぼす内部流体の影響およびセル形状の影響について解析的検討を行った。その結果、これまで実験的に得られてきた実験結果を補間する解析結果を得ることができた。実験のための試験片作製には、粉末焼結積層方式の3Dプリンタを用いた。3Dプリンタを用いるにあたり、積層の異方性やレーザー強度の影響等について実験的に検討を行った。実験的検討においては、単純な準静的圧縮試験だけではなく動的なひずみ速度の影響を考慮するために衝撃試験装置を開発し、幅広いひずみ速度域での試験を可能とした。