2022 Fiscal Year Research-status Report

Study on free vibration and elastic stability of axially functionally graded materials

Research Project

Project/Area Number	22K04296
Research Institution	Oita National College of Technology
Principal Investigator	名木野晴暢大分工業高等専門学校, 都市・環境工学科, 准教授 (10455181)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	軸方向傾斜機能材料 / 自由振動 / 弾性安定 / 三次元弾性論 / 森・田中の平均場理論 / 線形複合則 / B-spline Ritz法
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目標は，従来の鉄鋼やコンクリートからなる単純ブレースや座屈拘束ブレースよりも軽量で，かつ高い耐震補強性能を発揮する二成分系軸方向傾斜機能材料（以下，傾斜機能材料と略す）からなるシンプルなブレースを開発することである．この目標を達成するための基礎資料を得るために，本研究では傾斜機能材料の自由振動・弾性安定と設計変数との関係を三次元弾性論に基づく数値解析により明らかにする．本研究課題を申請したときは研究協力者一名の体制を計画していたが，研究を開始するときには幸いにも研究協力者二名の体制となったため，令和4年度に実施予定であった三次元弾性論に基づく傾斜機能材料の弾性安定の解明（以下，課題1）と令和5年度に実施予定の同理論に基づく同料の自由振動の解明（以下，課題2）を並行して実施した． ■令和4年度の課題1の成果：(1) 三次元弾性論に基づく傾斜機能材料の線形座屈問題をB-spline Ritz法で解析するための設計支援ツールの開発を行った．(2) Timoshenko梁理論とTrefftzの理論に基づく傾斜機能材料の線形座屈問題をB-spline Ritz法で解析するための設計支援ツールを開発し，そのコード検証を行った．(3) 線形化された梁－柱理論に基づく傾斜機能材料の線形座屈問題をB-spline Ritz法で解析し，座屈荷重とこれに対応する座屈モードに与える設計変数の影響を明らかにした． ■令和4年度の課題2の成果：(4) 三次元弾性論に基づく傾斜機能材料の自由振動問題をB-spline Ritz法で解析するための設計支援ツールの開発を行った．(5) 森・田中の平均場理論に基づく等価介在物法により二成分系軸方向傾斜機能材料の平均弾性定数を推定するコードを作成し，その妥当性を確認した．(6) Loveの理論に基づく傾斜機能材料の縦自由振動問題をB-spline Ritz法で解析するための設計支援ツールを開発し，そのコード検証を行った．このツールでは(5)で作成したコードを活用している．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究実績の概要にあるように，研究協力者が二名体制になり，課題1と課題2を並行して実施しているため，三次元弾性論に基づく傾斜機能材料の設計支援ツールの開発はコードの作成を終えているものの，令和4年度中にコード検証を実施するには至らなかった．一方で，令和4年度の課題1の成果(2)と令和4年度の課題2の成果(5), (6)の一部は，土木学会西部支部研究発表会にて公表することができた．また，令和4年度の課題1の成果(3)は土木構造・材料論文集に投稿し，学術論文として登載可の判定を得た．これらは，当初の研究計画以上の成果である．特に，成果(5)は成果(3)を土木構造・材料論文集に投稿した際の査読者からのコメントを参考にして，本研究での二成分系軸方向傾斜機能材料の平均弾性定数の推定方法を見直したものである．以上のことから，総合的に判断して「(2) おおむね順調に進展している。」とした．
Strategy for Future Research Activity	本研究課題を申請したときの計画では，令和5年度までに課題1と課題2を完了させることを目標としている．令和4年度に得られた成果をもとに当初の研究計画の達成を目指して，令和5年度は以下の二点を実施する． (1) 三次元弾性論に基づく傾斜機能材料の弾性安定および自由振動の設計支援ツールのコード検証 (2) (1)を用いて傾斜機能材料の弾性安定および自由振動に与える設計変数の影響の解明また，令和6年度に向けた準備として，以下の二点にも着手したいと考えている． (3) Timoshenko梁理論とTrefftzの理論に基づく傾斜機能材料の線形座屈性状の解明 (4) Loveの理論に基づく傾斜機能材料の縦自由振動性状の解明
Causes of Carryover	研究協力者2名は土木学会西部支部研究発表会に参加する際に，本校後援会より学生学会発表旅費補助を受けたため，次年度使用額が生じた．この次年度使用額は，令和5年度の研究成果の公表に使用する予定である．