| Project/Area Number |
20K04371
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | Nippon Bunri University |
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Principal Investigator |
室園 昌彦 日本文理大学, 工学部, 教授 (10190943)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 熱弾性 / 宇宙構造物 / 柔軟構造 / 動的応答 / 相似則 |
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| Outline of Research at the Start |
地上の構造物と比べ極めて軽量で剛性の低い大規模な柔軟宇宙構造物では，通常の力学的荷重に加えて，太陽ふく射に代表される外部熱負荷による動的応答が問題となる．
本研究では，大規模宇宙構造物を対象として，外部からの熱負荷による動的な熱弾性挙動を予測・解明する手法の基礎研究を行うとともに，理論解析あるいは数値計算の結果を検証するための地上実験を行う際に必要となる，熱的側面および構造面の双方の連成を考慮した相似則の確立を目的とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
地上から輸送する必要があり，また自重を支える必要がないため，地上の構造物と比べると一般に極めて剛性の低い大規模な柔軟宇宙構造物では，通常の力学的荷重のみならず，状況によっては太陽ふく射に代表される外部からの熱負荷による変形や動的応答が問題となることが報告されている．本研究では前年度までに引き続き，既往研究で実施された小規模な人工衛星搭載ブーム等の熱誘起振動に関する熱的および構造面での解析で蓄積してきた手法を発展する形で，大規模な柔軟宇宙構造物を対象として，外部からの熱負荷による熱弾性挙動を予測・解明するための基礎研究を進めた．
地球周回軌道上で，日陰から突然太陽ふく射にさらされる場合など，外部から急激な加熱を受ける場合の動的応答を支配する無次元パラメータとして代表的なものである，Boleyによる熱誘起振動の最大振幅を支配するパラメータの考えを基礎とした熱弾性問題の解析を進めてきた．前年度までに引き続き，骨組み構造で構成された解析モデルを対象として，外部からのふく射過熱による熱入力を受けた場合の動的応答について，実在の構造で生じる現象と，研究室レベルでの実験検証で用いられる縮小モデルにおける現象との相似性を担保するための支配無次元パラメータについて検討してきた．加えて，中央に伸展構造を有する典型的なソーラーアレイ構造を対象とし，熱負荷に加えて，伸展構造に作用する軸圧縮力の影響も取り入れた解析も進めた．このような実機モデルの熱的および構造的特徴を反映させ考案された単純モデルを対象とし，静的および動的応答解析の定式化を行い，その過程で系を支配する無次元パラメータの定式化とその特性の検証を行った．
実験面では新規の実験システムの構築を試みたが進捗が遅れ，これまでに蓄積してきた実験データの整理と評価において，本提案の考え方を取り入れる方向での検討を行っている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度に引続き，当初の研究計画で実施を予定していた実施項目のうち，特に実験的側面からの研究遂行が遅れている．本研究では連成熱弾性応答解析に関する解析システムの構築に加えて，実験研究の有意性を担保するための相似則の提案および検証実験による妥当性の検証を行う計画である．期間延長の本年度は，昨年度までの遅れを挽回して本格的に実験的側面からの研究を進める計画となっていた．研究開始初期のCOVID-19感染症拡大に対する所属研究機関の対応方針に基づき，一部の活動制限および研究補助を予定していた学生の学内活動制限等の理由で，研究開始の初年度以降，既往研究の調査，理論解析およびシミュレーションによる検討を中心に着手し，その後，実験システムの構築に着手することとしていた．今年度は引続き実験システムの構築と，予備実験ならびに解析検証のための実験を計画していたが，研究代表者の多忙と，研究補助の人員の確保が不安定であったことなど複数の要因で，十分な成果が得られる段階までは到達できていないと考えている．なお，提案する手法の検証については，既往の類似研究で実施された実験データの利用によって部分的には可能であると考えており，再度，研究期間を1年延長することで，新規の実験結果とあわせて理論解析と実験による検証の相補的な研究を完成させる予定である．なお，現段階では論文として投稿するまでの成果に到達していないと考えているが，ここまで得られている結果の精査，検証を進め，成果のまとめと論文投稿の準備は進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画を基本としつつ，実験面での進捗状況を精査して計画の調整を行い，延長した期間内での成果の取り纏めに取組む．連成熱弾性応答解析については，継続して，外部ふく射加熱，構造の変形に伴う熱入力の変化を取り込むことに加えて，膜面の張力や支持構造に生じる圧縮力の影響も取り込んだ解析を進め，動熱弾性連成問題としての動的応答や熱誘起振動問題特有の現象の特徴を明らかにする．骨組み構造や膜面と支持構造で構築された構造などでモデル化される大規模柔軟宇宙構造物の解析モデルを対象として，基本的な定式化を再構築し，必要な数値シミュレーションも実施して，各種の支配パラメータの変動に伴う応答の変化を整理するとともに，得られた結果が既往の研究報告などを定性的また定量的にも説明できていることの検証を行う．また，実験研究に寄与すると考えられる相似則については，低剛性の柔軟宇宙構造物の構造面での特徴と，外部ふく射加熱による熱入力のモデル化を再精査し，動熱弾性連成問題を適切に記述できる解析モデルの構築を完了させ，最終的に，系を支配する無次元パラメータと相似則の整理を完了させる．加えて，連成による同種の不安定現象にも繋がる空力弾性問題における手法も参考にして，現象の理解を深めるとともに，問題の本質を明確に説明できるように結果を整理する．さらに，提案された無次元パラメータと相似則の妥当性を検証するための実験システムを最終的に完成された形まで構築し，検証のためのデータ取得を進める．研究機関を再延長した最終年度であることを十分に意識して，理論解析・数値シミュレーションおよび実験による検証のそれぞれの結果を相補的に統合して考察を進め，研究の総括・まとめを完了させる．研究期間当初の目標達成を目指すとともに，これまで不十分であった研究成果の公開を進める．
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