2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Seismic Response Analysis Model of Human Body for Prediction of Human Injury during Huge Earthquake
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16K21011
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
肥田 剛典 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60598598)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 人体 / 地震動 / 人的被害 / 振動台実験 / バイオメカニクス / 姿勢制御 / 倒立振子 / フィードバック制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近い将来の発生が危惧されている巨大地震の被害軽減のためにも、地震時人的被害を予測し、これを低減するための対策を練ることが重要である。本研究では、極大地震時における人的被害を予測するための人体の地震応答解析モデルを構築することを目的としている。
はじめに、人間を振動台に搭乗させて地震波による加振を行う振動台搭乗実験を実施し、被験者の加振中の姿勢を分析した。また、実験から得られた被験者の挙動のデータに基づいて、人体の地震応答解析モデルを構築した。
単振子の台車型倒立振子により人体モデルを構築し、その解析結果と実験の被験者の挙動を比較したところ、床反力中心(CoP)の変位を良好な精度で再現できたが、人体頭部の変位と速度の再現精度が比較的低いことが分かった。
これを克服するため、台車型二重倒立振子により人体の地震応答解析モデルを構築した。モデルのパラメータは腰部のトルク制御の有無とし、両モデルの妥当性を比較検討した。その結果、腰部のトルク制御を考慮した人体モデルによって、人間の地震時応答を良好な精度で再現できることが明らかとなった。
さらに、構築した人体モデルで求めた頭部の速度と頭部傷害基準値(HIC)を用いて、人間の頭部が地震時に壁等に衝突した場合の死傷確率を算出する手法を提案した。また、それに基づいて人間の地震時負傷スペクトルを提案した。これに加え、既往の研究で提案されている家具の転倒率評価手法により、地震時の家具の転倒についても併せて検討した。これによって、建物の固有周期と床応答最大加速度から、家具の転倒と人間の負傷を同時に評価する手法を提案した。この手法で評価される結果と、過去に発生した被害地震時における人的被害データを比較し、本手法の有効性を示すとともに、人的被害軽減のための建物設計への応用可能性を示した。
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