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樋口, 理宏 ; Higuchi, Masahiro
概要:
本研究課題では,エネルギ吸収材として期待されるシンタクチックフォームに,密度の傾斜機能性を付与することでより優れた衝撃エネルギ吸収特性を得ることを目的としたハイブリッド型傾斜機能樹脂材料の開発を行った.硬化前の母材中の浮力により中空微粒子を
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不均一分散させることで傾斜機能樹脂材料を一体成形する手法を構築し,動的粘弾性試験および圧縮試験により傾斜機能樹脂材料の機械的特性は母材の樹脂特性と中空微粒子充填量により操作できることを示した.さらに一次元弾性波動伝ぱ解析を実施し,開発した傾斜機能樹脂材料は高いエネルギ吸収能を持つと同時に透過衝撃力を緩和できることを示した.<br />In the present study, hybrid functionally-graded polymeric material that is syntactic foam having graded density distribution was developed for enhancing impact-energy absorption. Fabrication processes were proposed to produce functionally-graded foams by floating phenomenon of micro-balloons in matrix resin. Dynamic viscoelastic measurements and compression test revealed that the local mechanical properties of the fabricated foams were determined by the properties of the matrix resin and the volume fraction of the micro-balloons. Moreover, one-dimensional stress wave analysis demonstrated that the foams have high-energy absorption capability and can reduce the transmitted force in impact loading.<br />研究課題/領域番号:22760075, 研究期間(年度):2010-2011
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尾田, 十八
概要:
本研究は,自然・生態系と調和した新しい材料,構造,機器,システム等の創生法を,生物に学ぶことによって確立することを目的としている.その方法は多様な生物の中で,特異性を有する生物にまず注目する.本研究では動物の例として繰返し衝撃負荷に耐える「
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キツツキ」を,植物の例としては,軽量であるが不燃性を示す「桐材」に注目した.そしてこれらの特性がどのようなメカニズムによって生じているのかを,主として力学的視点より明らかにした.これらの結果と,代表者らがすでに行って来ている竹や卵殻の構造・組織分析結果を含め,新しい構造設計および材料設計法の基本原理を提示した.<br />研究課題/領域番号:18206014, 研究期間(年度):2006–2009
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尾田, 十八 ; Oda, Juhachi
概要:
研究は4ヶ年間にわたり実施され、次のような成果を得た。 1. 生体表面情報から硬組織の力学的挙動を推定する問題が、難解な逆問題であることを指摘し、その解法として生体解析の3次元有限要素法と最適化手法を組み合わせて理論的に解けることを示した。
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2. 3次元有限要素法を用いた生体硬組織の力学的挙動の解析法を示した。具体的にはCT画像情報を基にし、それに3次元CADシステムを適用して、汎用的な生体モデル構築法を確立した。次にこのような生体モデルに有限要素法解析システムANSYSを適用して3次元的な力学解析のできる方法を示した。 3. 2の手法を人工骨頭置換後の大髄骨における応力・ひずみ解析問題および仙骨全摘術後再建モデルの応力・ひずみ解析問題に適用し、その有効性を数値的および実験的にも確認した。 4. 2のシステムと最適化理論を利用して、生体軟組織と硬組織からなる3次元モデルに対し、それに作用している総荷重や変位から、それぞれの組織に作用している荷重分布を推定する方法を示し、その数値的検証を試みた。 5. 本研究の応用例として、創外固定された脛骨骨折部に修復状況を把握するための推定法を考えた。また、その有効性を数値計算と実験によって確認した。<br />The following results are obtained : (1) To estimate the mechanical behaviors of living hard tissue from the surface data is very difficult inverse problem. It is pointed out that the convenient 3-dimensional finite element method and the powerful optimization method are necessary. (2) The solid model to analyze the mechanical behaviors of living hard tissue is produced using the CT image data and CAD system. ANSYS program system of the 3-dimensional FEM is applied to the model and the heat and deformation values are analyzed in detail. (3) By using the analytical system proposed in (2), the stress evaluation problems of total hip prosthesis and reconstructed structure in total sacrectomy are analyzed. From the results, it is obvious that the proposed system is very useful for the practical medical problems. (4) By using the analytical system proposed in (2) and an optimization technique, an inverse problem for soft and hard bio-organization is analyzed. Moreover, as one of the practical inverse problems, the estimation method of bone healing level in tibia with external fixator is studied.<br />研究課題/領域番号:07405007, 研究期間(年度):1995–1998, 平成10(1998)年度 科学研究費補助金 基盤研究(A) 研究成果報告書の一部(概要)を掲載.<br />出典：「生体表面の動的熱・変位情報を用いた生体硬組織の力学的挙動の推定法」研究成果報告書 課題番号07405007 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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新田, 晃平 ; Nitta, Koh-Hei
概要:
本研究は、この複合導電材料の方位に着目して、極性低分子化合物の水酸基と、樹脂がもつ酸素基との間に水素結合を形成させることにより、その場で低分子粒子を高分子マトリックスに分散させ、低分子の形や大きさなどにより導電性を支配する因子を割り出すこと
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を行った。その導電性と直接関わる基礎的な知見を得るために、上記の導電性と密接に関係する極性低分子と高分子との水素結合に基づく分子間相互作用を明らかした。極性低分子としてヒンダードフェノールやヒンダードアミン等の極性低分子との混合系を調べた結果、マトリックス樹脂を極性低分子の間の水素結合が発生し、水素結合が分子運動性に大きく、影響を及ぼし室温領域に巨大な緩和分散を発現させることがわかった。また、延伸過程中で水素結合の組換えがおこり材料の運動性が変化することも分かった。その結果、水素結合の強弱によって分子運動性が大きく影響され、さらにはバルクの力学特性に大きく影響を及ぼすことが分かった。さらに、シリカゲルを分散材として用いた場合の分散状態と分子運動性の変化を調べた。この分子運動性は導電性と密接に関係する。シリカ微粒子と塩素化ポリエチレンが熱処理によって化学結合することがわかった。これは、これまでの水素結合により強い分散材とさらに母体材料として結晶性高分子固体であるポリプロピレンをもちいシリカゲル微粒子のとマトリックスとの相互作用をもった複合材料になることが判明した。以上の結果より、これまでほとんど困難であった樹脂の分子運動性や極性分散在の凝集状態を制御できることがわかった。今後、この成果を基礎知見として導電性のみならず応力の伝播機構やガス透過機構などの輸送現象全般の制御方法への展開を予定している。<br />Dynamic mechanical properties and microstructure of an organic hybrid consisting of chlorinated polyethylene(CPE) and inorganic fillers such as carbon blacks, hindered phenol, hindered amine, and silica particles with some polar groups were investigated. In order to clarify the effects of hydro bond on molecular mobility of CPE, the hindered phenol and amine were added to CPE matrix. The fillers clearly exhibited two second-order transitions at 6 and 69℃ in addition to the melting : the transition at lower temperature is assigned to the glass transition. and the transition at higher temperature is considered to be caused by the dissociation of hydrogen bond between the hydroxyl groups of the fillers. When blending with CPE, part of the fillers molecules was dispersed into the CPE matrix, and most of them formed an filler-rich phase. As a result, a novel transition appeared above the glass-transition temperature of the CPE matrix. It was assigned to the dissociation of the intermolecular hydrogen bond between the a-hydrogen of CPE and the hydroxyl groups of fillers within the AO-80-rich phase. Dynamic mechanical properties and microstructure of CPE/filler hybrid were capable of being controlled by the thermal treatment. Consequently, the CPE/filler hybrid is a good damping material and shows a shape memory effect.<br />研究課題/領域番号:13650746, 研究期間(年度):2001-2003<br />出典：「水素結合を有する低分子によるカーボンブラック充てん高分子複合材料の導電性制御」研究成果報告書 課題番号13650746 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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下川, 智嗣 ; Simokawa, Tomotsugu
概要:
金沢大学理工研究域機械工学系<br />ナノスケール複合材料中の格子欠陥の非線形力学場を準連続体法と原子モデルを用いて検討した．まず，転位の力学場を解析解を用いずに表現できる準連続体法の開発を行った．それを用いて転位の自己エネルギーの粒径依
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存性と粒界の剛性率の関係を弾性論的に検討した．つぎに，原子モデルを用いて，粒界構造を直接表現し，粒界内の原子移動が格子転位の力学場を遮蔽できることが明らかになった．さらに，異相界面の結合力の強さが積層構造体の力学特性に与える影響を検討し，界面に侵入した格子転位の芯構造の分解は界面結合力に強く影響を受け，結果的に積層構造体の延性特性に対して界面結合力は重要な設計因子であることを見出した．<br />Non-linear mechanical fields around lattice defects in nano-scale composite materials was investigated by using the quasicontinuum (QC) and atomic simulations. First, the relationship between the grain size dependence of dislocation self-energy and the shear modulus of grain boundary (GB) regions was examined based on an elastic approach by the newly developed QC model. Next, GB structures were directly expressed by using atomic models and it was found that atomic shuffling in GB regions could shield the mechanical field caused by lattice dislocations. Furthermore, the influence of hetero-interface strength on the mechanical properties of multilayered composites was investigated by using atomic simulations. The decomposition of the lattice dislocation core structure at the hetero-interface is strongly affected by the interface strength; hence, the hetero-interface strength is one of the important factors to design an excellent material with high strength and high ductility.<br />研究課題/領域番号:24560091, 研究期間(年度):2012-04-01 - 2015-03-31
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春木, 将司 ; Haruki, Masashi
概要:
金沢大学理工研究域機械工学系<br />本研究では高熱伝導化したポリイミド材料の連続作製プロセスの基盤構築を目指し、ポリイミド材料に添加された高熱伝導性フィラーの配向構造形成を高速に行う技術の確立を目的とした。フィラーの配向操作に用いる外場
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として、電場ならびに磁場を利用した。研究遂行の結果、電場処理および磁場処理を行った場合、処理なしのものに比べ、ポリイミド複合材料の有効熱伝導率は明確に向上した。さらに、X線回折および絶縁破壊電圧の測定結果より、外場の印加処理によって、ポリイミド内のフィラーの配向状態が変化していることが示唆された。<br />In the present research, the techniques to promptly form the oriented structure of the highly heat-conductive filler added to the polyimide material were investigated to develop the foundation of the continuous manufacturing process of highly heat-conductive polyimide material. An electric field and a magnetic field were used as the external fields used for the orientation operation of the fillers. As a result of the research, the effective thermal conductivity of the polyimide composite material was improved when the electric field and the magnetic field treatment were performed, compared with the non-treatment material. Furthermore, the measurement results of X-ray diffraction and dielectric breakdown voltage suggested that the orientation state of the fillers were changed by the application of the external fields.<br />研究課題/領域番号:17K06887, 研究期間(年度):2017-04-01 - 2020-03-31<br />出典：「フィラーの修飾による高熱伝導性フィラー/ポリイミドフィルム作製の連続化技術の構築」研究成果報告書 課題番号17K06887（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-17K06887/17K06887seika/)を加工して作成
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林, 勇二郎 ; Hayashi, Yujiro
概要:
本研究は,過冷却と壁面冷却を併用した合金融液の凝固により,形状とミクロ性の両固定を目的とする.即ち,試料内に分布した過冷却により,in-situにして急速な結晶を前駆的に領域形成し,後続する壁面冷却により,方向性のある微細組織とマクロ形状を
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固定するものである.前年度までに,まずPb-Sn系合金を供試し,過冷却場における結晶の自由成長の過程,再熱・再質を伴う場が回復する待ち過程,さらには平衡凝固の過程の詳細を,凝固層の組織・組成のミクロ性を含めて明らかにした.さらにBi-Sn系に対する追加実験を行い,金属顕微鏡による組織の観察,SEMによる反射電子像,およびEPMAによる成分分析により凝固相のmorphologyとミクロ偏析の機構を実験的に明らかにした.本年度は,これらの知見をもとに上記の過程を状態図の上で捉えた凝固モデルを提示するとともに,時系列的に生ずる凝固の素過程と伝熱過程をカップリングすることにより,凝固相のミクロ組織と組成を記述する速度論が確立された.特に,結晶の自由成長,ならびに壁面冷却のもとで結晶の肥大化の過程からなる非平衡凝固の利用は,新たな複合・傾斜性の材料の製造に対する有望な手法であり,今後はその制御が重要な課題となる.<br />Solidification is due to the restriction of rotational motion of liquid molecules and results in the fixation of solid structure as a regular and/or dense assembly of atoms with release of latent heat of fusion. From the viewpoint of the way that the latent-heat extraction should be, the solidification can be largely classified into three types in relating with cooling rates.In low cooling rate, the latent heat is removed out by heat transfer and solidification proceeds quasisteadily with a solid-liquid interface kept at an equilibrium temperature. In high cooling rate, as for "rapid solidification of material processing", a supercooling state easily appears and this brings massive solidification due to crystal growth initiated by nucleation. The supercooling which makes a rapid and insitu solidification possible, may result in the formation of new meta-stable phases of crystalline and of amorphous. In intermediate cooling rate, the supercooling also appears and distributes in close region from the cooling surface to some internal position being equilibrium. These imply that the solidification proceeds under two kinds of heat extraction sources ; the initially distributed supercooling and the external cooling.The emphasis in the discussion is on fundamentals of solidification of mixtures with supercooling under external heat transfer cooling : solidification process, appearance of micro-structure and microsegregation in the solid, and macro-micro conjugation of heat transfer with the solidification.<br />研究課題/領域番号:06555059, 研究期間(年度):1994-1996<br />出典：「過冷却を利用した複合・傾斜性材料の開発」研究成果報告書 課題番号06555059(KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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