2007 Fiscal Year Annual Research Report
膜面に生じるkinkingの構造特性に関する基礎研究
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18760088
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
中篠 恭一 Tokai University, 工学部, 講師 (60408028)
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| Keywords | 有限要素法 / 膜構造物 / 張力場 |
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| Research Abstract |
膜面は非常に柔軟な構造要素であり、一般の剛構造には見られない、いくつかの特徴的な構造応答がある。そのひとつは、リンクル(しわ)の発生であり、近年有限要素法を用いたリンクル解析に関して多くの研究報告が寄せられている。リンクルの他、膜面に特徴的なもうひとつ興味深い構造応答として、kinking(深い折目)の発生がある。本研究は発生機構が殆ど研究されていないkinkingについて、有限要素法の立場から解明を試みるものである。
本年度は、kinkingの発生現象を的確に捉えるために、kinkingの発生箇所が有限要素メッシュに依存する問題、すなわちメッシュ依存性問題の解決を図る予定であった。しかしながら、kinking発生のメカニズムを把握する際には、これを時間依存の現象と考えることが不可欠であるとの観点にたち、本年度は現在の独自開発計算コードにダイナミクス解析の機能を付与するためのコード開発、および数値実験を行った。膜面のダイナミクス解析に関しては、過去の研究例として、HHT-α法とEnergy Momentum法に基く解析の2例があるが、本研究では計算効率と数値安定性を勘案し、Generalized-α法を採用して開発を行った。開発した計算コードを用いて膜面ダイナミクスの数値実験を行った結果、以下のことが明らかとなった。
1. 一般的に用いられている膜要素を用いた場合、Generalized-α法によるダイナミクス解析は数値発散して有意な結果をえることができない。2. 本研究で採用している、張力場理論に基いた膜要素を用いた場合は、数値発散を引き起こすことなく、Generalized-α法によって安定したダイナミクス解析が可能である。しかしながら、採用するパラメータによって数値減衰の効果が大きく異なるため、解析の精度を高めるためには物理実験と数値解析の比較検討を十分に行う必要がある。
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