A new theory, vectorial and rotational canonical transformation, overcomes a barrier separating structural and mechanism analyses
| Project/Area Number |
22K18853
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
槙原 幹十朗 東北大学, 工学研究科, 教授 (60392817)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大塚 啓介 東北大学, 工学研究科, 准教授 (20881189)
永井 大樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70360724)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | 正準変数変換 / 柔軟展開翼 / 可変翼 / モーフィング / 風洞実験 / 航空機モデリング |
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| Outline of Research at the Start |
新規理論「ベクトル・回転正準変換」によって，衛星航空機・浮体式洋上風車などの大変形構造物の構造解析と機構解析を統合する挑戦的研究である．現状は「部材レベルの構造解析に回転角を変数とするモデル」，「システムレベルの機構解析にベクトルを変数とするモデル」が別々に使用されている．部材レベルからシステムレベルでの設計に移行する際にモデルを作り直すという致命的な問題が生じる．本研究では部材レベルからベクトルモデリングを行った上で，「ベクトル・回転正準変換」を導入し，この障壁の打破に挑む．これは変換前のベクトルでジョイント表現，変換後の回転角で高精度解析を実現する新規アイデアである．
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| Outline of Annual Research Achievements |
＜研究実施の概要＞新規理論【ベクトル・回転正準変換】によって，衛星航空機・浮体式洋上風車などの大変形構造物の構造解析と機構解析を統合する挑戦的研究である．現状は「部材レベルの構造解析に回転角を変数とするモデル」，「システムレベルの機構解析にベクトルを変数とするモデル」が別々に使用されている．回転角モデルはジョイント表現が困難，ベクトルモデルは大変形を正確に表現できないからである．この結果，部材レベルからシステムレベルでの設計に移行する際にモデルを作り直すという致命的な問題が生じる．【異分野を分かつ変数の相違】が構造・機構の両解析分野を分断している障壁である．本研究では部材レベルからベクトルモデリングを行った上で，新規理論【ベクトル・回転正準変換】を導入し，この障壁の打破に挑む．これは変換前のベクトルでジョイント表現，変換後の回転角で高精度解析を実現する新規アイデアである．提案する統合モデリング手法は部材レベルからベクトルモデリングを行うので，【異分野を分かつ変数の相違】が解決され，これまで隔てられていた構造と機構の両解析をシームレスに繋ぐことができる．
＜数値解析と風洞試験＞ ラグランジュ方程式ではなく，正準方程式上で変数変換を行うことでベクトルモデルの長所を一切損なうことなく回転角モデルへの変換を可能となった．
＜実験内容＞ 提案手法の実証のため，東北大学・流体科学研究所との共同研究の下，同施設の風洞装置で実験を行った．多点カメラ計測法と分布歪計測法を併用することで解析精度実証が可能となった．
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Report
(2 results)
Research Products
(27 results)
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[Presentation] Dominant Geometrical Factor in Non-Equatorial Space Elevator Dynamics2023
Author(s)
Kuzuno, R., Dong, S., Takahashi, Y., Okada, T., Shizuno, Y., Otsuka, K., and Makihara, K.
Organizer
34th International Symposium on Space Technology and Science
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[Presentation] Flutter Harvester Using Flexible Plates with Piezoelectric Film2023
Author(s)
Mukogawa, T., Dong, S., Jia, Y., Shi, Y., Soutis, C., Kurita, H., Narita, F., Otsuka, K., and Makihara, K.
Organizer
20th International Conference on Flow Dynamics
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[Presentation] Development of Multibody Dynamics Formulation Based on Canonical Theory2022
Author(s)
Dong, S., Otsuka, K., Wang, Y., Fujita, K., Nagai, H., and Makihara, K.
Organizer
33rd International Symposium on Space Technology and Science
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[Presentation] Flexible Rotating Multibody Analysis Using Extended NPFEM for Non-Equatorial Space Elevator2022
Author(s)
Kuzuno, R., Dong, S., Takahashi, Y., Okada, T., Shizuno, Y., Otsuka, K., and Makihara, M.
Organizer
10th Asian Conference on Multibody Dynamics
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[Presentation] Investigation of Flutter Velocity and Power Generation with Piezoelectric Film2022
Author(s)
Dong, S., Mukogawa, T., Hara, Y., Otsuka, K., Chen, B., Shi, Y., Jia, Y., Soutis, C., Kurita, H., Narita, F., and Makihara, K.
Organizer
19th International Conference on Flow Dynamics
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[Presentation] Geometrically Nonlinear Beam Model for Slender Multibody Wings2022
Author(s)
Otsuka, K., Wang, Y., Cheng, K., Dong, S., Fujita, K., Palacios, R., Nagai, H., and Makihara, K.
Organizer
22nd International Symposium on Advanced Fluid Information
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