研究紹介

力学系

ロータダイナミクス(ターボ機械の翼・インペラーの振動の研究)
金子研究室

ターボ機械の翼やインペラーはターボ機械の心臓部です。翼やインペラーの損傷原因は振動に起因するものが最も多く、ターボ機械の信頼性を向上させるためには、翼やインペラーに発生する振動現象を設計段階で予測することが不可欠です。このため、翼やインペラーに発生する振動現象や振動強度設計法について、基礎から応用まで幅広く研究しています。

蒸気タービンロータ
蒸気タービンロータ

具体的には下記の研究などに取り組んでいます。

  • 翼やインペラーの最適設計の研究
  • ミスチューンがある翼・ディスク系の振動特性の研究
  • ダンパ翼の振動特性の研究
  • 翼やインペラーの振動応答低減の研究

構造材料の破壊機構の解明とそれに基づく破壊防止技術の研究
譽田研究室

 社会の安全・安心は各分野からの不断の努力によって維持、向上されてきた。日頃はその恩恵を感じにくいが、災害や事故・事件が発生したときに痛感する。機械システム分野からも、安全・安心社会の維持・向上に貢献すべきことは言うまでも無い。この長期的研究課題の下、まずは今までの研究経歴を活かし、構造物の破壊防止技術のさらなる発展を短期課題としている。

 具体的には鉄鋼材料を初めとする構造材料の破壊防止技術について研究している。一般に金属材料の破壊は、延性破壊、脆性破壊、遅れ破壊、疲労破壊などに分類されることが多い。延性破壊や脆性破壊は活発な研究活動の成果によりある程度克服されつつある。それに対し、疲労破壊はわずかな荷重でも発生することや初期損傷領域が極微小部であるため、長年に渡り多大な検討がなされているにもかかわらず完全には解明されているとは言えない。

 疲労破壊過程をき裂の発生とその後のき裂進展に分けることがある。き裂の進展に対しては図に示すような改善メカニズムで進展抵抗の高い鋼材を開発した。一方、き裂の発生に対しては、例えば溶接施工された場合など、材料からの疲労特性の改善は難しいと見なされてきた。疲労き裂発生特性に優れた材料開発という極めて高いハードルに対し、永らく立ち向かってきた。最近になって漸く解決の糸口と思われる現象を把握できた。社会の安全・安心のみならず省エネにも直接寄与し得る構造材料の疲労特性改善に引続き邁進したい。

金属組織で疲労き裂進展を抑制するメカニズムの模式図
     金属組織で疲労き裂進展を抑制するメカニズムの模式図

繊維強化複合材料のシミュレーションと画像相関法によるひずみ測定
辻上研究室

複合材料は,二種類以上の材料を組み合わせることで,素材単体よりも優れた特性を持つ材料です。
複合材料は様々な形態のものがありますが,ガラス繊維や炭素繊維に代表される軽くて強い繊維強化プラスチック(FRP)が,航空機や自動車用の材料として注目されています。 また,身のまわりにあるテニスラケットやゴルフクラブなどのスポーツ用品の材料としても利用されています。図は織物複合材料の繊維のどの部分に大きな力が発生するかを解析的および実験的に評価した結果です。当研究室では,コンピューターを使って材料の内部に発生する応力を評価したり,実際の材料に発生しているひずみ分布を非接触で測定することで,さらに高機能複合材料の開発に取り組んでいます。

変形図 5倍

生体組織・細胞のマルチスケールバイオメカニクス
田原研究室

生体組織の構造,その発生や進化・消滅に注目して,そこから機械構造物の設計のヒントを引き出し完成させる技術を「バイオニックデザイン」と呼びます。 本研究室は,生体組織のかたち(構造)と役割(機能)を力学的な視点から明らかにする「バイオメカニクス(生体力学)」・「バイオエンジニアリング」の考え方・アイディアを通じて得られた知見をもとに,機械構造物の適応化,知能化のための新たな設計技術の創造と,それらの工学・医学・歯学分野への応用を目指します。特に,生体組織として,骨・歯の組織や脂肪などの軟組織,骨系細胞等,生体と関連する構造物として,人工骨,医用インプラント,医学手術シミュレータ,補正下着の開発を中心に,実験と計算シミュレーションによる力学的評価を行っています。

生体組織は,周囲の環境の変化に対し,再構築(リモデリング)により機能的に適応します。骨を例にとれば,ミクロには,細胞骨格を介した骨系細胞のリモデリングにより周囲の力学状態に適応できる骨梁構造が作られ,マクロには,骨梁構造の集合体が骨として荷重支持の機能を果たします。本研究室では,生体組織が持つこのような階層性,環境適応性,自己修復性に学びながら,ミクロからマクロに渡るマルチスケールバイオメカニクスを確立するとともに,斬新な機械構造物や材料の創製を目指した研究を行っています。

細胞接着斑分布を制御した場合としない場合の骨芽細胞様細胞のアクチン細胞骨格の配向性の比較 応力図 織物部
筋骨格モデルによる歩行解析と、臀部の応力評価 骨リモデリングによる骨梁形態変化のシミュレーション