2021 Fiscal Year Research-status Report
膜面-ケーブル複合構造物を対象としたIGA/FEMハイブリッド解析法の開発
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20K04924
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
中篠 恭一 東海大学, 工学部, 准教授 (60408028)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 芳隆 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50300702)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Isogeometric解析 / 膜構造物 / ケーブル構造物 / 有限要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，ゴッサマー宇宙構造物や地上の大空間構造物で採用されている膜面-ケーブル複合構造物の数値構造解析に，Isogeometric解析（IGA）と有限要素法（FEM）を組み合わせたハイブリッド解析を適用することを目的としたものである．最終的には開発した解析コードをゴッサマー宇宙構造物や新型成層圏気球の構造解析といった実問題に適用する．
前年度はTotal Lagrange法に基づいた基準配置座標と大域的NURBSパラメータ空間座標とを1対1対応させることでケーブル要素の接線剛性マトリクスを導出して，IGA膜面モデルの接線剛性に対する加算項を導いた．本年度は，上記で導出した接線剛性マトリクスを既存の解析コードに実装する予定であったが，その作業には着手せず，代わりに関連研究項目として新型成層圏気球の膨張時形状に関する理論定式化を行った．
本研究では，新型成層圏気球の小型試験気球を製作して地上膨張試験を実施し，実試験結果との比較照合により，IGA/FEMハイブリッド解析コードの妥当性を検証することが目的のひとつとなっている．一方で研究を進捗する中，本研究で対象とする新型成層圏気球の膨張形状には変分法に基づいた理論解が存在することが分かり，本年度は，その理論定式化を行って，膨張形状を予測する解析コードを開発した．これにより，IGA/FEMハイブリッドコードの妥当性を，実試験結果ならびに理論解析解の双方に基づき評価することが可能となった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度はIGA/FEMハイブリッド解析コードの開発ならびに小型試験気球を用いた地上膨張試験を実施する予定であったが，いずれも次年度に持ち越しとなった．その一方で，当初予定になかった気球形状の理論解導出を行っており，以上を総合して上記の進捗区分とする．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度はIGA/FEMハイブリッドコードの開発を完了する．また試験気球を用いた地上膨張試験を次年度夏期に実施して膨張時形状の三次元計測を行う．試験データならびに気球形状理論解と数値解析解との比較照合を行い，本研究で開発する解析法の妥当性を評価する．また，数値解析では成層圏気球の構造安定性の評価も行う．
本研究課題では，そのほかMTS(Membrane Tensioning System)の数値構造解析も視野に入れているが，進捗の遅れを勘案し，成層圏気球の解析を優先的に行う予定である．
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| Causes of Carryover |
当初予定では，本年度に小型試験気球を用いた地上膨張試験を実施する予定であった．同試験が次年度に繰越しとなったため，気球製作費，試験実施費用，三次元計測委託費が全て未消化となっている．本試験は次年度夏期に実施予定であり，繰越し分の使用額はその際に使用する予定となっている．
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