2016 Fiscal Year Research-status Report
データ駆動型モデリングによる大型膜面展開宇宙構造物の形状・ダイナミクス推定
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15K18285
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
山崎 政彦 日本大学, 理工学部, 助教 (40632302)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | データ駆動型モデル / 展開宇宙構造物 / モデル低次元化 / 膜 / ゴサマーマルチボディダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，計算コストの低い低次元の数学モデルを用いた数値解析データと信頼度は高いが時間・空間的に断片的な複数の軌道上情報を融合することで，これまで明瞭に説明できなかった軌道上での膜面展開宇宙構造物の形状・ダイナミクスを効率的かつ，詳細に推定する方法の構築を目的としている．初年度では，【課題１】計測データを用いたデータ駆動型のモデル化法の提案と，【課題2】効率的な数値解析のための計算環境の導入と解析コードの開発，研究課題を通じて必要となる，提案手法の検証用の微小重力環境下でのデータ取得を実施した．
2年目である本年度は，計測データを用いたデータ駆動モデル化法の改良と低次元モデル化理論を組み入れた解析コードの効率化を進めるとともに，昨年度取得した微小重力環境および真空環境下での実験データを用いて，検証・有効性確認を行った．その実績は以下のとおりである．
【課題１】データ駆動型のダイナミクス・形状の推定モデルの高精度化を行った．昨年度取得した微小重力実験下（航空機によるパラボリックフライトで取得）および真空環境下での実験データの一部を意図的に欠損させ，提案手法による推定を行い，推定法の有効性確認を行った．
【課題2】昨年度までの低次元有限要素法解析モデルに加え，計算に必要な要素のみを選定し，有限要素法における重ね合わせ計算の省略と，接線剛性マトリクス，接点力ベクトルのスパース化を行い，フルモデルの計算時間に比べ90%以上の計算コストを低減することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で実施した課題1，課題2共に，課題達成に向けた一定の成果を得ることができたため．
課題1に関しては，初年度提案した手法の高精度化を進めるとともに，当初は想定していなかった，軌道上環境に近い微小重力環境下でのデータを用いた検証ができたため．
課題2に関しては，計算に必要な要素のみを選定することにより，有限要素法における重ね合わせ計算の省略と，接線剛性マトリクス，接点力ベクトルのスパース化を行い，フルモデルの計算時間に比べ90%以上の計算コストを低減することができ，当初予定していた計算コストの低減目標に近づくことができたため．解析コードの並列化は遅れているが，解析コードの並列化を含まない形でも従来に比べて高速化できることが明らかになり，当初計画よりも解析コードの性能が向上する見込みが得られたことは，当初の計画以上の進展であると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は，課題1，課題2共に，誤差の低減および誤差評価理論の構築に取り組む．また，課題3の「予測可能な膜面宇宙構造物システム」構築のための構造系・計測系の設計法の検討を行う．具体的には，課題1，2の成果を利用し，（1）計測系の精度・計測頻度と推定精度との関係の考察，（2）形状・ダイナミクスを予測しやすい計測系の配置の検討を行い，H29年度後半は，これまでの成果を学会等で発表する．
また，本年度の実験を通して，実機モデル（数十m級）と実験モデル（数m級）のダイナミクスを一致させるためには，主要なダイナミクスを特定し，一致させることが重要であると感じた．そこで，研究開始前には想定していなかったが，データ駆動型モデリングの次のステップとして，データから（3）ダイナミクスの重要度を定量化し，主要なダイナミクスを保存することで，スケールの異なるモデル間のダイナミクスを一致させる方法の検討を行う．
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| Causes of Carryover |
本年度取得予定であった実験データと実験供試体を初年度に取得・作成し，本年度は初年度取得した実験データ，実験供試体を用いた検証を実施しており，実験材料の購入を控えていたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度に実施した実験データを用いた検証により，現在保有している実験装置の修正すべき点が明らかになったため，来年度は実験装置，供試体の修正を実施し，より現実に近い形での検証・有効性確認のためのデータを取得する．具体的には，現有の実験装置では強制回転し続けることにより展開構造物を展開していたが，実際の軌道上データをより模擬するため，角運動量を保存しながら構造物展開する実験装置を製作し，実験する．
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