号数 ばね論文集 67 号( 2022 年)
ページ数 pp.61-67
種類 論文
論文名 六角形形状のばねにおける大変形挙動の解析(血管内留置ステントにおける変形解析に向けて)
Title Analysis of Large Deformation Behavior in Hexagonal-shaped Springs
著者 大槻 敦巳1),岩田 友行1) 
Author Atsumi OHTSUKI1),Tomoyuki IWATA1) 
抄録 柔軟なリンク装置および構造として使用される部材においては,材料の弾性限界内にもかかわらず、かなり大きな変形挙動が出現することがある。また、こうした装置などの多くはばねの役割をはたしている。したがって,こうしたばねとしての特性を明らかにすることは学術的にも工業的にも重要な関心事である.六角形フレームは,留置ステント(:医療デバイス)やカーボンナノチューブ,漁網,食物ネット,蛇篭,サンドイッチ構造のコアなどの構造要素として広く使用されている。このような弾性構造要素では、大きなたわみ変形特性が観察される。したがって、大きなたわみ変形挙動を定量的および定性的に調べることはとても重要である。しかし、大きなたわみ変形に関する研究は、主に単一の部材(片持ちはり、単純支持はり)に関係したものであり、特別なケースとして、フレーム内の大きなたわみについてKerrとKhwajiによって解析されたものが散見される程度である。以上の情況に鑑み、本論文は、剛接合部を有する部材の組み合わせた六角形のフレーム構造の変形について取り扱ったものであり、この六角形フレーム構造においては、フレーム構造の相対する一対の隅またはフレーム部材に引張りまたは圧縮荷重を受ける場合を想定して解析し、大たわみ変形における円弧長さや変位、たわみ角、曲げモーメントなどに対する解析解が楕円積分を用いて導出された。さらに、いくつかの変位諸量について実験データと比較し、解析解と実験値がかなり良く一致することが確認された。以上のことから、ここで提案した解析理論は、ばねの一種として使用される六角形フレームの大変形解析に大いに有効であることが判明した。言い換えると、本解析理論は、六角形構造を有するステントの大変形の解明に大いに手助けになるということが明らかになったと云うことである。 
Abstract In elements used as flexible linking devices and structures, the main characteristic is the occurrence of a fairly large deformation within the elastic limit of the element material. Many of these devices play the role of springs. This property as a spring is of both academical and industrial interests. A hexagonal frame structure is used widely in construction elements, for example, an indwelling stent (:a medical device), a CNT (carbon nanotube), a fishing net, a food net, a gabion, a core of sandwich structures, etc. In such elastic structures, a large deformation characteristic is observed. It is very important to investigate the large deformation behavior quantitatively and qualitatively. However, studies on large deformations have been concerned mainly with a single member (cantilever beam and simple supported beam), and in some particular occasion, cases for multiple members have been analyzed by Kerr and Khwaji. In this paper, a hexagonal frame structure with rigid joints, which is subjected to either tensile or compressive

loading diagonally at the pair of opposite frame member or rigid joint was analyzed. Analytical solutions for arc lengths, displacements, deflection angles and bending moments, etc. are derived in terms of elliptic integrals and some solutions are compared with the experimental data. The agreement between analytical and experimental results is found to be fairly close. Therefore, it was proved that the present analytical theory can be effective for large deformation analysis of a hexagonal frame used as a kind of spring. In other words, it was found that the proposed theory would be of great help in elucidating the large deformation of stents with hexagonal structures. 
著者の所属 1)名城大学大学院 
Belonging 1)Meijo University Graduate School 
Key Words Stent, Medical device, Frame structure, Net structure, Large deformation, Nonlinear problem