2022 Fiscal Year Annual Research Report
極限環境での回転計測システム提案とマルチボディダイナミクスによる運動解析と最適化
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19K04277
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
菅原 佳城 青山学院大学, 理工学部, 教授 (10422320)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
武田 真和 青山学院大学, 理工学部, 助教 (40845640)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 接触 / 摩擦 / 衝突 / ノンスムースダイナミクス / 柔軟 / モード分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の研究対象では，柔軟構造と剛体との接触に伴い発生する変形や衝突現象が特徴である．柔軟構造であっても，接触部では局所的な剛体同士の接触と捉えることができ，そのような接触問題はノンスムース(NS)な運動として取り扱える．一方，近年NSな挙動の解析には線形相補性問題（LCP）に帰着する方法が注目されている．そこで，本年度は本研究の提案手法のより正確な挙動把握やより一般的な議論への展開を狙い，上記のような解法を本対象に対して実用的に適用する方法の検討を進めた．
LCPへ帰着する方法では，衝突物体同士の影響は力積で考慮するため，衝突物体の質量が必要となる．一方，LCPに基づく方法では柔軟構造の衝突も局所的に剛体として取り扱う必要があるものの，その局所的な質量が定義できない．研究代表者らの従来研究では変形を一次モードのみと仮定した相当質量を求め，それを用いたLCPに基づく解析を提案したが，高次モードの影響による誤差が発生した．
柔軟構造は非線形FEMである絶対節点座標法（ANCF）で定式化しているものの，研究代表者の従来研究に基づき低次元化が可能であり，その際にモード分解が適用される．また，D. J. Waggらは線形系に対して柔軟構造部の衝撃による速度交換をモードごとに処理する方法（2002）を提案しており，モード分解を適用したANCFモデルに対しても同様のことが可能となる．さらに，モード相当質量については背戸らの方法（1987）で求めることができる．そこで，両方法の導入により柔軟構造と剛体のNSな接触における複数モードを考慮した解析をLCPに帰着させることができた．一方，ANCFに対するモード分解での高次モードの影響も確認され，その解決は今後の課題である．また，本方法の一般的な議論への展開例として，柔軟ロッドによるキャスティングマニピュレーションの挙動解析にも適用を行った．
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