3次元動的植物体-地盤連成解析手法の開発ー植物に学ぶレジリエント農業水利施設へー
| Project/Area Number |
22K14964
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Basic Section 41030:Rural environmental engineering and planning-related
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
友部 遼 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (90880005)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
|
|---|
| Keywords | 植物-地盤相互作用 / 有限要素法 / 数値計算 / 農業水理施設 / 根-土接触面 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
植物の茎葉や根系 は，その一部を損失しても全体としての機能低下が生じにくく，また構造を低コストかつ迅速に逐次増強することが容易な極めてレジリエントな構造を有している．他方で，農業水利施設 はその機能に対して極めてシビアな要求があるにもかかわらず，農村に点在することから地震災害や気象災害により度々その一部が損壊し，その機能低下が問題となる．そこで，本研究では， 植物が獲得してきた力学的最適化メカニズムを農業水利施設設計に利活用するための，物理数値シミュレーション基盤を創出することを目的とする
|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，植物が獲得してきた力学的最適化メカニズムを農業水利施設設計に利活用するための，物理数値シミュレーション基盤を創出することにある．
より具体的に，本研究は，(1)動力学に基づく植物-地盤系の数理モデルの構築，(2)有限要素法による物理数値シミュレータの開発，および(3)シミュレータを用いた，植物構造の減衰機構の探究，の3点を行う．
(1) 多数の節からなる植物構造とその基礎地盤を一体として扱える数理モデルとして，既存のNodeTo-Segment法を拡張した Overset-Mesh Schemeを開発し，解析解の求められる動的問題についてその精度検証を行う．(2) (1) に基づく物理数値シミュレータを開発し，並列計算環境を用いてその高速化と，中規模問題に対する精度検証を行う．(3) 実際の植物体/植物根系 3D データを用いて，植物構造の動的応答をシミュレーし，その固有振動数，周波数応答特性，減衰特性を明らかにする．2023年度は，(1)~(3)の全てにおいて著しい進捗が得られた．
(1)に関連して，植物-地盤系の数理モデルとして，根の生長を組み込んだ新規モデルを開発し，根が地盤を貫通できずに浮き上がる「根上がり」現象の解析に援用した成果が査読付き国際学術雑誌「Scientific Reports」(IF:4.996，Q1)に2023年5月付でオンライン掲載された．
(2，3)については，研究の主眼が静的変形解析から動的応答解析へと移行し，時間積分スキームの高精度化が求められる中で，行列指数関数とデジタルフィルタを用いた新たな時間積分スキームを開発した．その成果は，査読付き国際会議ICEGEに採択され，現在査読付き国際学術雑誌への投稿を準備している．その他にも複数の関連業績を得ている．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画を前倒しして達成しているのみならず，国際的に成果を発信することにも成功したため．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は，引き続き成果を国内外に発信するとともに，地盤工学・地震工学・植物力学の幅広い領域に波及効果を与えるため，応用研究にも注力する予定である．
|
Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
