プログラマブルマテリアル~材料物性値を制御する~

複数の異なる材料を混合したり、均質な素材に対して空隙を作ることによって、見かけの材料物性値を制御することができます。例えば、素材の内部に人工的に空隙を配置することで、ポアソン比や線膨張係数をゼロにするような材料も設計できることが知られています。このような材料はメタマテリアルやプログラマブルマテリアル等と呼ばれ、産業的な応用を目的として古くから研究の対象とされてきました。これまで、このような材料は目的の材料挙動となる構造が分かったとしても、その構造を持つ材料を製造することが困難であるケースが多くありましたが、近年の3Dプリンターに代表される革新的な製造技術の進歩によって実用化が期待されるようになりました。
本解析事例では、ハニカムライクなミクロ構造のプログラマブルマテリアルを対象に、0.0～0.5以上のポアソン比を持つ材料を設計しました。

ミクロモデルの2つの形状パラメータ骨格の角度と厚みtの値を様々振って、等価材料物性値の応答曲面を評価します。物性値を評価するための設計ポイント(形状パラメータのセット)は、Ansys Design Xplorerに実装されている”細密空間充填設計”の実験計画法を用いました。Ansys Design Xpplorerで設定した25個の設計ポイントにおいてMultiscale.Simにおける均質化解析により等価物性値を評価しました。形状パラメータに対して、評価された等価物性値の値を3D応答曲面として描画しました。