研究概要
本研究室では、ジェットエンジンをはじめとする高温構造材料•コーティングや自動車•インフラ構造物に用いられる軽量複合材料を対象に研究を行っています。
行っている研究は、(1) 新しい材料を生み出す基礎研究, (2) 材料の変化を捉えるための計測•評価技術, (3) 開発した材料が「使える材料なのか」を検証する実用的研究に大別されます。
基礎研究においては、これまでの材料では難しかった機械的性質(強度や靭性)、熱的特性(熱伝導、熱膨張)を発現させることを目標としています。実験を基本としつつ、新たな機能発現のための材料設計には情報科学的アプローチが重要です。また、材料をどのように作るかも重要なトピックであり、試行錯誤を繰り返すアプローチからマルチフィジックスなどを活用したシミュレーションを有効活用しています。
計測・評価技術の開発においては、既存の技術では測定、観察不能である高温で生じる現象を直接捉えるための光学系を構築したり、トモグラフィーと画像処理、深層学習や機械学習を用いて材料固有の3次元空間での特徴量を抽出したり強度を予測する研究を行っています。また、材料試験から効率よく情報を得るためのハイスループット計測技術の開発によってDX化に寄与したり、材料の変形や破壊を定量的に理解するための4D計測•可視化技術の研究を行っています。
実用的研究では、疲労やクリープといった部品として重要な寿命や信頼性を評価したり、ジェットエンジンや大気圏再突入などの特殊な利用環境を模擬し、材料の振る舞いや劣化現象を解明することに取り組んでいます。マルチスケール有限要素法、化学反応を考慮したマルチフィジックスシミュレーションなど、解析と実験を組み合わせた研究も展開しています。
現在の修士•卒業論文の研究テーマ
航空機用ジェットエンジン関係
・熱応力下におけるSiC系CMCの疲労特性評価に向けた基礎研究(共同研究)
・航空機ジェットエンジン用複合材料及びコーティング材料の開発
・CMCにおける製造過程のマルチフィジックスシミュレーション(民間企業との共同研究)
・極超音速/宇宙往還機用セラミックス複合材料の開発 (公的研究機関との共同研究)
・MIを用いた高エントロピーセラミックスの開発と応用 (科研費基盤B(分担))
Additive manufacturing 関係
・FDMを利用した高信頼性セラミックスの開発(共同研究)
・連続繊維3Dプリンターを用いたジェットエンジン用複合材料の開発 (公益財団法人JKAからの研究助成)
・CFRPのマルチマテリアル3Dプリンティング
・宇宙構造建築物への応用を目指したレゴリス粉末の3Dプリンティング
・マルチハザード問題に寄与する難燃性耐熱軽量複合材料の3Dプリンティング (東京理科大学マルチハザード拠点)
計測技術、シミュレーション、機械学習など
・CMCの三次元高温マルチスケールオペランド変形分布計測 (NEDO PJ)
・放射光マルチスケールトモグラフィーと深層学習によるセラミックス系複合材料の三次元構造解析 (科研費基盤B(代表))
・CFRPロープに生じる疲労損傷のFEM解析 (民間企業との共同研究)
・機械学習を用いたCFRP積層板の強度予測
・機械学習を用いたCMCの寿命予測 (科研費基盤B(代表))
・トモグラフィーとDVCを用いた材料内部の変形分布の定量的評価 (科研費基盤B(代表))
その他
・耐クラック性に優れたポーラスアルミナ皮膜の機械的性質 (民間企業との共同研究)
・接着構造物の機械的性質、寿命評価に関する研究 (民間企業との共同研究)
・リサイクルCFRPに関する研究 (民間企業との共同研究)
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