Development of energy function identification system for hyperelastic materials by indenting thin films

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人間や環境に優しい，人工筋肉に見られるソフトなアクチュエーターの開発には，ゴムの様な超弾性材料の変形挙動を詳しく知る必要がある．そのためには，2軸試験により，様々な変形と荷重の関係を求める必要がある．しかし，従来の多軸試験では，特殊な装置による複数回の試験が必要である．そこで，本研究では，薄い円板試験片の押し込みによる2軸試験を簡便に行う装置を作成し，その結果を用いてエネルギー関数の同定を行うシステムの開発を行う．最初の年度として、円盤状の薄板ゴム試験片の押し込み装置の開発を行なった。従来の万能試験機を用いた試験機を用いて、円盤試験片を押し込む装置を作成し、下面からプロファイルの測定を行い、超弾性材料としてのエネルギー関数の同定を行なった。これにより得られた成果は、2022年9月に開催された、M&M 2022 材料力学カンファレンス　において、以下の題目で発表を行った題目：薄膜押し込み試験を用いた超弾性材料のエネルギー関数同定、著者：○宮本 颯太(中央大), 辻 知章この発表の概要は、以下のとおりである。レーザープロファイラーを用いて，円板試験片の押し込み変形を測定することにより，押し込み荷重と押し込み変形を同時に測定する装置を考案した．本装置により，単純引張を含む様々な2軸状態の変形と荷重との関係を同時に測定することが出来る．測定値と有限要素法のシミュレーション結果の差の二乗和を最小にすることにより，3種類のエネルギー関数のパラメータの同定を行った．パラメータの数が最も多いOgden model が実験値との一致度が若干（3%程度）であるが良かった．