本研究では新たな緩衝材のモデルとして薄い弾性体とはまり込みの挙動を利用したエネルギー吸収材料を提案した。円筒形に曲がったシェルを精度良くかつ効率よく設計するための実験手法を開発した。PET-G 製板の熱可塑性を利用して円筒形シェルの曲率半径を設定した。レーザーカッターによりリボン状に切り出した真っ直ぐな板を円形の鋳型にはめこみ、内側にゴムをはめ入れることで均一な半径をもつ円状に曲げた。さらに鋳型ごと熱湯に入れ冷却することで、一様な自発曲率をもつ円筒形シェルを作成した。本手法を用いて異なる長さをもつ数百個の円筒形シェルを作成し、シェル集合体の力学特性を明らかにした。圧縮試験に伴うエネルギー吸収効率はシェルの長さに大きく依存しないことがわかった。しかし圧縮に際する制動距離はシェルの長さに応じて大きく変化することがわかった。集合体の力学的機能のロバストさについて、今後は実験サンプル数を増やし、シミュレーションと組み合わせて理解を深めていく計画である。
We studied the experimental framework for energy absorbing materials, on the basis of randomly stacked shells. First, we developed systematic protocols to fabricate cylindrical open shells, utilizing thermo-plasticity of PETG ribbons. Using this protocol, we casted a few hundreds of shells efficiently and studied their mechanical performance. The energy absorption rate of the shells are insensitive to the length of the shells, while the working distances could be tuned to the shell geometry. The robustness of the mechanical performance of stacked cylindrical shells will be further studied experimentally by increasing the number of samples. In addition, we plan to collaborate with computer-graphics scientists to predict the experimental results.