2021 Fiscal Year Research-status Report
縦型単層ラチス構造の座屈および座屈後挙動に関する研究
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18K04440
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
山下 哲郎 工学院大学, 建築学部(公私立大学の部局等), 教授 (80458992)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 円筒ラチスシェル / ３Dプリント / 軸圧縮実験 / 塑性座屈荷重 / 塑性変形性能 / 接線係数理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度の実績は以下の通り：
１）2020年度に開発した円筒ラチスシェル試験体の形状分析手法を適用して試験体の３Dスキャンデータより抽出した初期不整を含んだ骨組モデルを用い、汎用有限要素解析コードにより複合非線形解析を実施した。 実験の最大耐力付近までは良好に実験と解析が一致したが、以降の大変形領域ではアルミ合金の低靭性より試験体に亀裂が生じ、実験と解析の荷重変形曲線にはかなりの乖離が生じた。しかしながら、実験の最大耐力自体は「ラチスシェル屋根構造設計指針」の座屈耐力評価法で精度よく評価し得ることを確認した。今回の研究対象は屋根型ラチスシェルとは異なるものの、実験が稀なこの分野において座屈実験で指針の評価法を検証した数少ない実例となる。以上の成果をとりまとめ日本建築学会技術報告集に投稿した。
２）試験体に亀裂が生じると本来の座屈耐力そのものの評価ができなくなるため、高靭性が期待できるステンレスで円筒ラチスシェルの３Ｄプリント試験体を製作し、感染状況が落ち着いた年末に軸圧縮座屈実験を実施することができた。今回は試験体に亀裂は生じていないが、解析モデルを抽出する元の試験体の３Ｄスキャンデータの一部に欠損があり、現在手で補正しつつモデル抽出のための形状分析を進めている。
３）以上の実験により数値解析の精度に一定の確信が持てたため、数値解析によるパラメトリックスタディを実施し、2020年度に着手した接線係数理論による円筒ラチスシェルの塑性座屈耐力と変形性能の評価法の研究を進めた。塑性座屈荷重を比較的精度よく推定できると共に、塑性変形性能の良否も概ね推定可能なことが判明した。この成果をまとめた論文は2022年度の構造工学論文集に採用され、2022/4に構造工学シンポジウムで発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2020年度より続くコロナ禍により、特に対面が必要な実験の進捗状況が悪く、2021年度も実験が可能な時期は秋季（10-12月）のみであった。また大学教育のオンライン化のため増加した授業負担の影響が大きく、特に前期はほとんど研究そのものが不可能であった。これらの理由から研究期間の１年間延長を申請した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究における従来の試験体は、1)アスペクト比が0.7程度と小さく、2)径厚比50程度の厚肉円筒ラチスシェル、である。1)は試験体製作費、2)は金属３Dプリント技術の制約によるものである。このような条件下では軸圧縮による降伏後に軸対称モードで塑性座屈を生じ、座屈後挙動も比較的安定している。しかしながら、より不安定な周方向の座屈波を伴う非軸対称モードが現れると予想される、アスペクト比が大きく薄肉の試験体については、現時点では精度よく製作できる工場が見つかっていない。
上記の現状より、2022年度の研究は以下の通り：1) 2021年度に実施したステンレス製ラチスシェルの実験における解析モデルの形状分析と追解析により解析精度に十分な確信を得る。2) 数値解析により、試験体としては製作不可能なプロポーションを有する円筒ラチスシェルの軸圧縮座屈解析を実施して結果を分析し、・軸対称座屈と非軸対称座屈が生じる条件を整理する。・軸対称座屈が生じて座屈後の変形性能が期待できる場合には、連続体シェルにおける径厚比のような、変形性能を評価し得る指標を見出す。3)せん断座屈に関しても座屈解析を実施する。4)これらの過程で新たな実験が必要になる場合には実験を実施する。5)以上の成果をまとめて論文化する。
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| Causes of Carryover |
使用額が生じた理由：コロナ下で実験を中心とした研究の進捗が思わしくなかったため、期間を１年申請した。
使用計画：予算残額（\1,117,738）の使途のうち主なものを以下に示す：1)2021年度までの成果を国際会議（IASS2022）に発表するための会議参加費(80千円)、2)解析環境の改善と高速化のため高性能ＰＣを購入(300千円)、追加実験試験体費（２体）＋実験に関連する消耗品（700千円）
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Research Products
(3 results)
