2020 Fiscal Year Research-status Report
Functionalization of tensegrity network structures based on stress relaxation and redundancy of cables
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19K21921
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中谷 彰宏 大阪大学, 工学研究科, 教授 (50252606)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
LEI XIAOWEN 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (50726148) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 変形体力学 / メタマテリアル / ひずみエネルギー / マルチスケール解析 / インテリジェント構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
機構の“あそび”(バックラッシュ、クリアランスなどとも称される)が持つ、構造系の力の分散、さらには、安全・安心の担保に関連する能動的意義を、積極的に評価するために、本研究では、ケーブル(線材)と剛な部材を組み合わせにより決定される三次元空間の中で自立する広義のテンセグリティネットワーク構造を考える。ケーブルの一部に応力弛緩性を導入し、力学特性の変化、さらには力学的メタ構造と呼ばれる特異な機能性を見出すことを目的としている。
この目的を達成するために、まずT3と呼ばれるケーブル(柔部材)と棒(剛部材)からなるテンセグリティユニットを連結した構造体の力学モデルを用いた検討を行った。2019年度に提案したモデルでは、剛部材と柔部材をそれぞれ剛性の異なる線形ばねとしてモデル化し、質量は節点に集中している質点系のモデルを作成し機構の基本的性質についての知見を得たが、剛体部の慣性モーメントを独立した力学特性としてモデル化できないという難点があった。そこで2020年度は、単位構造の端部を剛体板とする剛体動力学モデルを定式化し、四元数を用いた解析シミュレーターを新たに作成した。まず予備的検討として、集中質量モデルと同一条件でコードの検証を行い精度を確認した。次に剛体とばねからなる単位構造を直列に連結した構造に対して、柔部材の一部分に応力弛緩性を有する“あそび”を設けて、端部に初速度を付与したときの波動伝ぱ現象を計算機シミュレーションによって解析した。また広義のテンセグリティネットワーク構造の例として、変形時に剛性の喪失と回復が起こる双安定性を示す単位構造からなる二次元固体の変形伝ぱ挙動についての静力学解析について検討した。解析から、あそびを積極的に組み入れた人工物創製の可能性に結びつく知見を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画で想定していたケーブルの冗長性を考えた複雑な高次の不静定問題の非線形性解析を動力学・静力学的に解析するコードを開発し解析を行い、あそびを積極的に組み入れた人工物創製の可能性に向けた知見を見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
自立テンセグリティ構造および双安定性を有する単位構造からなる格子構造の力学モデルに対して、外力の付与、強制変位条件での応答について、力学的解析、幾何学的解析を行う。特に変位制御下での運動特性について周波数応答における振幅フィルターとしての機能化手法を確立し、メタ構造のプロトタイプの設計手法を確立する。また構造の部材長などをリアルタイムに変化させるメカニズムを想定し、あそびを積極的に生み出す機構を内在した人工物創製の可能性に挑戦する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症拡大予防の観点から、学会発表、旅費を伴う調査、オフラインでの打ち合わせ等への配慮を行い、力学モデルの定式化と計算機シミュレーションのためのコード実装について優先的に取り組んだ結果、一部次年度使用額が生じた。2021年度は、プロトタイプモデルの作成、計算機シミュレーション、成果公表のために、次年度使用額と当該年度分として請求した助成金とを合わせて使用する計画である。
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