2010 Fiscal Year Annual Research Report
三次元動的シミュレーション解析に基づく除雪機械の安全防護システムの探求
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22651063
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
阿部 雅二朗 長岡技術科学大学, 大学院・技術経営研究科, 准教授 (60212552)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤野 俊和 長岡技術科学大学, 工学部, 助教 (70508514)
仲川 力 舞鶴工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (70249811)
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| Keywords | 建設機械 / 雪氷 / 機械力学・制御 / シミュレーション工学 / 安全防護 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、除雪機械の安全性を合理的に革新するため、(1)機械と雪よりなる力学系解析を高精度に実行できる「三次元動的シミュレーション解析方法」を構築すること(2)構築した方法による解析に実験解析を併用して総合考察し、雪中異物検知をはじめ安全防護システムの確立に先鞭をつけることである。雪中異物検知では、ロータリ除雪機械が除雪装置から意図せず発信する圧力波を活用する独創的な方法を探求する。本年度は、上記研究目的を達成するために以下を実施した。
1.動的シミュレーション解析用モデルおよびアルゴリズムの開発除雪機械、特にロータリ除雪機械の安全性革新を合理的かつ効率的に推進することを目的に、その基盤として活用できる「ロータリ除雪の三次元動的シミュレーション解析方法」の解析用モデルおよびアルゴリズムを開発した。動的シミュレーション解析方法は、雪のような不連続体の解析に適している個別要素法(DEM)を基盤とした。雪粒子の集合体を球形要素とみなしてモデル化し、球形要素同士および球形要素と機械の作業装置要素との接触特性を、雪同士および雪と機械の動的相互作用特性に応じて、接触点三軸方向に弾性スプリング、粘性ダッシュポットおよびスライダーモデルを組み合わせて表現した。機械の雪接触部の三次元形状に応じた形状(幾何)モデルを作成し、本モデルと球形要素モデルとの高速・高負荷接触時における演算アルゴリズムを開発した。
2.ロータリ除雪のシミュレーション解析の実施上述したように開発したモデルによりロータリ除雪のシミュレーション解析を実施し、シュートからの投雪特性や除雪抵抗の解析結果について、限られた条件下ではあるが、その妥当性を実験検証した。
3.力情報による雪中異物検知システムの予備検討ロータリ除雪機のオーガ部から意図せず発信される圧力波の伝播特性について上記のシミュレーション解析方法により解析した。得られた特性を踏まえた圧力波を既有の油圧サーボ疲労試験機を用いて自然雪に負荷し、圧力波の伝播特性を調べた。
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