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2022 Fiscal Year Research-status Report

Movable-Nonlinearity Modeling for Successive Analyses of Very Flexible Structures

Research Project

Project/Area Number 21K14341
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

大塚 啓介  東北大学, 工学研究科, 助教 (20881189)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords衛星航空 / 流体構造連成 / 空力弾性 / 非線形有限要素法 / 風洞実験 / マルチボディダイナミクス / マルチフィジックス
Outline of Annual Research Achievements

低高度を数年継続飛行することで空の基地局となる衛星航空機の実用化が期待されている.従来航空機と異なり,極軽量柔軟な衛星航空機は静的大変形形状によって周波数特性・動特性が激変する.衛星航空機の早期実現には大変形を考慮した数値モデル(非線形運動方程式)による静解析・周波数解析・動解析という一連の解析が必要になる.
非線形性を任意に移動させ,静解析・周波数解析・動解析いずれに対しても容易に適用でき,高い解析性能を発揮する【非線形移動型モデリング法】の構築を目的とし,2年目は以下の3点に取り組んだ.
①静解析モデルの精度実証:東北大学・流体科学研究所の風洞装置を用いた.鉛直に固定支持した平板翼模型に対して,迎角と流速を変更した場合の変形量をレーザ変位計で計測した.風洞実験結果と解析結果は良好に一致した.
②動解析モデルの精度実証:東北大学・流体科学研究所の風洞装置を用いた.鉛直に固定支持した平板翼模型に対して,先端にワイヤを貼付した.そのワイヤを切断することで,風洞内において模型に振動を発生させた.実験結果と解析結果は良好に一致した.この実験成果をJournal of Sound and Vibrationで発表した.
③【ジョイントパラメータ】という定式化法を提案し,衛星航空機の静解析用歪モデルにおいて,操作舵面などのジョイント部の効率的な表現を可能にした.【ジョイントパラメータ】の基礎理論をJournal of Sound and Vibrationで発表した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

第一目的としていた「静解析モデルの実証」ができたため.第二目的としていた「周波数解析モデルの実証」は実施できなかったが,「動解析モデルの実証」はできたため,総合的にみて,おおむね順調に進展しているといえる.

Strategy for Future Research Activity

研究室内に作成した小型風洞と突風発生装置を用いて,提案モデリング法の実証を多角的に行う.具体的には以下2つの実験を想定している.
①ステップ型の突風に対する平板翼模型の変形
②正弦波型の突風に対する平板翼模型の変形

Causes of Carryover

東北大学・流体科学研究所の風洞の改修工事に伴い実験回数が減少したため.改修工事が想定よりも長期化しているので,繰越額は数値解析の研究成果発表に対して使用する.

  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] The University of Iowa(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      The University of Iowa
  • [Int'l Joint Research] Imperial College London/The University of Liverpool(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      Imperial College London/The University of Liverpool
  • [Int'l Joint Research] The University of Manchester/University of Chester/Aston University(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      The University of Manchester/University of Chester/Aston University
  • [Journal Article] Hamiltonian formulation with reduced variables for flexible multibody systems under linear constraints: Theory and experiment2023

    • Author(s)
      Dong Shuonan、Otsuka Keisuke、Makihara Kanjuro
    • Journal Title

      Journal of Sound and Vibration

      Volume: 547 Pages: 117535~117535

    • DOI

      10.1016/j.jsv.2022.117535

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Moving Morphable Multi Components Introducing Intent of Designer in Topology Optimization2023

    • Author(s)
      Otsuka Keisuke、Dong Shuonan、Kuzuno Ryo、Sugiyama Hiroyuki、Makihara Kanjuro
    • Journal Title

      AIAA Journal

      Volume: 61 Pages: 1720~1734

    • DOI

      10.2514/1.J062210

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Consistent Strain-Based Multifidelity Modeling for Geometrically Nonlinear Beam Structures2022

    • Author(s)
      Otsuka Keisuke、Wang Yinan、Fujita Koji、Nagai Hiroki、Makihara Kanjuro
    • Journal Title

      ASME Journal of Computational and Nonlinear Dynamics

      Volume: 17 Pages: 111003

    • DOI

      10.1115/1.4055310

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Joint parameters for strain-based geometrically nonlinear beam formulation: Multibody analysis and experiment2022

    • Author(s)
      Otsuka Keisuke、Dong Shuonan、Fujita Koji、Nagai Hiroki、Makihara Kanjuro
    • Journal Title

      Journal of Sound and Vibration

      Volume: 538 Pages: 117241~117241

    • DOI

      10.1016/j.jsv.2022.117241

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Analysis-Oriented Moving Morphable Components for Topology Optimization2023

    • Author(s)
      Keisuke Otsuka, Shuonan Dong, Ryo Kuzuno, Kanjuro Makihara
    • Organizer
      AIAA SciTech 2023 Forum
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大変形する展開構造物の構造最適化2023

    • Author(s)
      渡辺 聡史, Dong Shuonan, 大塚 啓介, 槙原 幹十朗
    • Organizer
      日本機械学会東北支部 第58期総会・講演会
  • [Presentation] 非線形有限要素法によるテザー構造物の大変形解析2023

    • Author(s)
      髙橋 侑也, 葛野 諒, Dong Shuonan, 岡田 大規, 静野 芳崇, 大塚 啓介, 槙原 幹十朗
    • Organizer
      日本機械学会東北支部 第58期総会・講演会
  • [Presentation] プロペラと主翼の空力干渉を考慮した高アスペクト比翼の非線形空力弾性解析2022

    • Author(s)
      大塚 啓介, Dong Shuonan, 槙原 幹十朗
    • Organizer
      第64回構造強度に関する講演会
  • [Presentation] モデル縮約したハミルトニアン形式の柔軟マルチボディシステム解析2022

    • Author(s)
      Dong Shuonan, 葛野 諒, 岡田 大規, 静野 芳崇, 大塚 啓介, 槙原 幹十朗
    • Organizer
      日本機械学会2022年度年次大会
  • [Presentation] 平板翼のフラッタ解析と圧電素子を用いたフラッタ発電実験2022

    • Author(s)
      向川大成, Dong Shuonan, 大塚啓介, 槙原幹十朗
    • Organizer
      日本機械学会東北支部 第58期秋季講演会
  • [Presentation] Flexible Rotating Multibody Analysis Using Extended NPFEM for NonEquatorial Space Elevator2022

    • Author(s)
      Ryo Kuzuno, Shuonan Dong, Yuya Takahashi, Taiki Okada, Yoshitaka Shizuno, Keisuke Otsuka, Kanjuro Makihara
    • Organizer
      The 6th International Conference on Multibody System Dynamics (IMSD)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非慣性座標系へ拡張した非線形有限要素法による非赤道上宇宙エレベータの 3次元動解析2022

    • Author(s)
      葛野諒, 董鑠男, 高橋侑也, 岡田大規, 静野芳崇, 大塚啓介, 槙原幹十朗
    • Organizer
      第66回宇宙科学技術連合講演会
  • [Presentation] Investigation of Flutter Velocity and Power Generation with Piezoelectric Film2022

    • Author(s)
      Shuonan Dong, Taisei Mukogawa, Yushin Hara, Keisuke Otsuka, Boyue Chen, Yu Shi, Yu Jia, Constantinos Soutis, Hiroki Kurita, Fumio Narita, Kanjuro Makihara
    • Organizer
      19th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Geometrically Nonlinear Beam Model for Slender Multibody Wings2022

    • Author(s)
      Keisuke Otsuka, Yinan Wang, Chi Wing Cheng, Shuonan Dong, Koji Fujita, Rafael Palacios, Hiroki Nagai, Kanjuro Makihara
    • Organizer
      19th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 航空機・車両・鉄道・エレベータに対する統一的な柔軟マルチボディ解析法の構築2022

    • Author(s)
      大塚啓介, Dong Shuonan, 葛野諒, 槙原幹十朗
    • Organizer
      第31回 交通・物流部門大会(TRANSLOG2022)
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://web.tohoku.ac.jp/makihara/www-j/index-j.htm

URL: 

Published: 2023-12-25  

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