ユーザインタビュー 日本大学 様 〜複合材料の研究にAnsysを活用〜

ユーザー訪問「複合材料の開発から製造までプロセス全体の研究を行っています」

CAEのあるものづくり CAEのあるものづくり vol.31|公開日:2019年11月

今回のインタビューでは、日本大学様にご協力いただきました。
日本大学は1882年に開学した皇典講究所を母体として、130年以上もの歴史を持つ日本最大の総合大学です。平山様は生産工学部にて複合材料およびCAE技術に関する研究を行い、複合材研究の先駆者として活躍されています。平山様と弊社は、主にマルチスケール解析のテーマについて共同研究をさせていただいております。今回は、日本大学様で実施されている取り組みや、研究設備、解析内容について平山様にお話を伺いました。

目次
  1. 様々な業種向けに学科・学部を横断した複合材料の研究テーマを進行中
  2. 豊富な試験装置で複合材料の研究をサポート
  3. 大学では珍しく複合材料の開発プロセスの最初から最後まで対応
  4. Ansysは複合材の研究には不可欠なツール
    事例1:熱収縮を考慮したGFRTPの界面せん断強度の算出および評価
    事例2:FRTPとFRPの動的破断特性を考慮したシミュレーションモデルの構築
    事例3:数値材料試験とニューラルネットワーク(NN)を用いた炭素繊維の異方性弾性係数の同定
    事例4:位相最適化と3DプリンターによるCFRTPの試作
  5. 産業界に貢献できる複合材料の研究センターを目指して積極的に共同研究も展開

様々な業種向けに学科・学部を横断した複合材料の研究テーマを進行中

- 学校の概要についてお聞かせくだい。

平山 - 生産工学部は、日本でただ1つ日本大学のみに設置されている学部で、本学部の特長は産業界に近い位置づけの教育と研究であり、「ものづくり」を俯瞰して経営学の視点から工学を考える教育をっています。
自動車やエネルギー、まちづくり、建築、環境、デザイン、企業経営に至るまで、生産工学は、様々な分野に広がり、身近な暮らしや産業の中に息づいています。なかでも機械工学は、自動操縦車両や超軽量航空機、ものづくりのための新技術等、あらゆるシーンで生産活動の基盤を支えています。近年、機械や人間、自然環境との調和が重要視される中、長期的、広域的視野、そして経営感覚を持った技術者の育成を目指しています。

- 研究テーマの内容をお聞かせください。

平山 - 当研究室は、機械工学科のなかでも力学系の研究室であり、研究テーマとしては、先進複合材料の素材開発・成形方法の開発ならびに軽量構造設計のためのCAE技術に関する研究を行っています。
また、2019年4月、日本大学生産工学部内に「次世代複合材リサーチ・センター」が発足し、私がセンター長となりました。この次世代複合材リサーチ・センターの研究員の所属学科は、機械工学科、電気電子工学科、建築工学科、応用分子化学科、創生デザイン学科と多岐にわたっており、学科・分野を横断した複合材料の研究テーマに取り組んでいます。
日本大学理工学部、松戸歯学部と共同で研究を進めているテーマもあります。今年度の主な研究テーマは下記の8項目となっていますが、自動車分野だけではなく、土木・建築、医療・歯科分野の研究もあります。

2019 年度の主な研究テーマ

  • (1)高強度ガラス繊維を用いたエネルギー吸収部材、シャフトの特性評価
  • (2)炭素繊維とガラス繊維を用いた自動車用ハイブリッド複合材料の成形と評価
  • (3)次世代先進熱可塑性複合材の連続成形品の評価
  • (4)先進複合材の非破壊検査手法の開発
  • (5)先進熱可塑性複合材と軽金属の摩擦シーム接合方法の確立
  • (6)木材と長繊維複合材のハイブリッド構造体の成形と評価
  • (7)熱可塑性複合材による口内歯科ワイヤーの評価
  • (8)複合材料の非線形マルチスケール解析

特に力を入れているのが(1)(2)(7)(8)です。
(7)は松戸歯学部と共同で透明コンポジットの歯科矯正ワイヤーの研究を進めています。図1で金属製ワイヤーとGFRTP製矯正ワイヤーの両方の写真を載せていますが、図1(b)GFRTP製矯正ワイヤーのほうが目立たなくなっていることがおわかりいただけるかと思います。

図1(a) 金属製ワイヤー
図1(a)金属製ワイヤー

図1(b) GFRTP製矯正ワイヤー
図1(b)GFRTP製矯正ワイヤー

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