Optimum design methodology for large-scale spatial structures based on gravitational response and survival strategy of plants
Publicly Offered Research
| Project Area | Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system |
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| Project/Area Number |
19H05369
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
張 景耀 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50546736)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
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| Keywords | 空間構造 / 構造最適化 / 構造解析 / 形状計測 / 成長戦略 / 最適設計法 / 樹木 / 重力応答 / 生存戦略 / 成長応力 |
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| Outline of Research at the Start |
空間構造は、美しい形態と合理的力学特性の有機的融合により、少ない材料で高い構造性能と大きな無柱空間を実現している。一方で、樹木は、重力を抵抗しながら自身の体を上方へとのばす仕組みを獲得し、ついに地上で最も巨大な生物である樹木へと進化を遂げた。本研究では、樹木の重力応答と生存戦略を学んで、空間構造のブレークスルー的進化に寄与し、木本植物の重力屈性の力学的メカニズムの解明にも貢献したい。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、地上で最も巨大な生物へと進化した樹木に習い、美しい形態と合理的力学特性を有機的に融合した新たな空間構造システムの創出に挑戦する。三つの有機的連携の課題に対して、それぞれの研究成果は以下のようにまとめられる。
① 成長応力分布解析：幹または枝の外周応力を計測した前提で、その内部に生じる成長応力の分布を数値的に解く手法を提案した。ここで、材料の異方性も含まれている。また、成長応力の原理に基づいて、新たな構造形式（ラーメン構造、トラス構造）の提案にも試みた。さらに、木の成長に伴う成長応力分布をシミュレーションするため、構造解析の有限要素法に基づいた手法を開発した。
② 張力構造最適化：高い対称性（六面体群・八面体群）を利用したテンセグリティ構造の形状決定法と安定性条件を誘導した。また、大きな空間を覆えるドーム状・テンセグリティ構造の位相最適化手法を提案した。さらに、木材の強度的異方性および成長応力をヒントとし、異なる材質を利用した2次元張力トラス構造の最適化手法を提案した。
③ 樹形計測と解析：自動運転で利用されているLiDARを用いて、木の形状にかかわる大規模な点群データを取得した。樹木の実測データに基づいて、L-systemの記号記述法および遺伝的アルゴリズムを用いて、計測された樹木の（位相的）成長規則を同定した。さらに、同定した樹木の成長規則に従い、空間カバー率を最大化する木状建築（群）創生法を提案した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
