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

超弹性材料压痕薄膜能量函数识别系统的开发

• 批准号: 22K03814
• 负责人: 辻 知章
• 金额: $ 0.25万
• 依托单位: Chuo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03814/
• 关键词: 超弾性材料; エネルギー関数; 円盤試験片; 押し込み試験; 材料定数同定; 押し込み; 薄膜; 同定

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．

为了开发在人造肌肉中发现的软致动物，对人类和环境柔和，有必要更多地了解超弹性材料（例如橡胶）的变形行为。为此，有必要通过双轴测试获得各种变形和负载之间的关系。但是，传统的多轴测试需要使用特殊设备进行多次测试。因此，在这项研究中，我们将创建一个可以通过推动薄盘标本来轻松执行两轴测试的设备，并开发一种使用结果来识别能量功能的系统。在第一年，我们开发了一种用于推动圆盘形薄橡胶测试件的设备。使用常规通用测试机使用测试机，创建了将圆盘测试件推入的设备，并从底部表面测量了轮廓，以将能量函数识别为超弹性材料。从此获得的结果是在2022年9月在以下标题下举行的M＆M 2022材料力学会议上的演示：使用薄膜推测试鉴定超弹性材料的能量功能；作者：Miyamoto Souta（Chuo Univ。），Tsuji Tomoaki本演讲的摘要如下。我们设计了一种设备，该设备通过使用激光探测器测量盘样品的推动变形来同时测量推动载荷和推动变形。该设备允许可以同时测量各种两轴状态（包括简单张力）的变形和加载之间的关系。通过最小化测量值和有限元仿真结果之间差异的平方之和，我们确定了三种不同能量函数的参数。 Ogden模型的参数数量最多，与实验值（约3％）略微匹配，但这很好。