2020 Fiscal Year Annual Research Report
Design and prototype of cantilever-type module bridge based on shape optimization approach
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18K18888
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| Research Institution | Tohoku Gakuin University |
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Principal Investigator |
中沢 正利 東北学院大学, 工学部, 教授 (20198063)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近広 雄希 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (10778905)
有尾 一郎 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (50249827)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 基本モジュール / 周期性構造物 / 寸法最適化 / 3DCAD / 3Dプリンター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カンチレバー形式橋梁の最適構造については、２次元トポロジー最適化解析において解析領域を台形に近似するとともに、実橋であるフォース橋の中間橋脚に関する境界条件を導入した結果、フォース橋と類似性のあるX形状が連続して出現する最適形状が得られた。
次に周期性構造のキーとなる基本モジュールを想定した単純ばりモデルによるパラメトリック解析によって２つの最適フレーム形状を提案し、土木学会全国大会で発表するとともに、構造工学論文集に公表した。さらに、それら基本モジュール間の接合容易性を考慮した具体的な基本モジュールを試作するため、T形ばりを基本モジュールの枠材、斜材、垂直材、水平材のフレーム構成部材とする寸法最適化解析を行い、部材軸方向にも最適断面変化する試作モデルを試設計した。
しかし、これでは各フレーム構成部材のオーダーメイド製作を必要とするため、不経済である。よって部材の製作を省力化するため、部材軸方向に一定断面となる基本モジュールモデルに対して発生応力度で照査する寸法最適化解析を行い、最適断面変化する試作モデルよりは発生応力度が高いものの、経済性を考慮した試作モデルも試設計した。
さらに、これらを実体として具体化するために、両試設計モデルについて3DCAD図面を作成し、縮小基本モジュールの試作品を製作した。
基本モジュール間はストレイトピンによる接合を想定し、ピンとピン孔の三次元弾塑性接触解析を行った。この結果、ピンとピン孔が同時に降伏する場合に最大強度が得られることが数値的に確認され、接合設計の基礎データが得られた。
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