2022 Fiscal Year Research-status Report
A new theory, vectorial and rotational canonical transformation, overcomes a barrier separating structural and mechanism analyses
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22K18853
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
槙原 幹十朗 東北大学, 工学研究科, 教授 (60392817)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大塚 啓介 東北大学, 工学研究科, 助教 (20881189)
永井 大樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70360724)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 正準変数変換 / 柔軟展開翼 / 可変翼 / モーフィング / 風洞実験 / 可変翼 / 航空機モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
＜研究実施の概要＞新規理論【ベクトル・回転正準変換】によって，衛星航空機・浮体式洋上風車などの大変形構造物の構造解析と機構解析を統合する挑戦的研究である．現状は「部材レベルの構造解析に回転角を変数とするモデル」，「システムレベルの機構解析にベクトルを変数とするモデル」が別々に使用されている．回転角モデルはジョイント表現が困難，ベクトルモデルは大変形を正確に表現できないからである．この結果，部材レベルからシステムレベルでの設計に移行する際にモデルを作り直すという致命的な問題が生じる．【異分野を分かつ変数の相違】が構造・機構の両解析分野を分断している障壁である．本研究では部材レベルからベクトルモデリングを行った上で，新規理論【ベクトル・回転正準変換】を導入し，この障壁の打破に挑む．これは変換前のベクトルでジョイント表現，変換後の回転角で高精度解析を実現する新規アイデアである．提案する統合モデリング手法は部材レベルからベクトルモデリングを行うので，【異分野を分かつ変数の相違】が解決され，これまで隔てられていた構造と機構の両解析をシームレスに繋ぐことができる．
＜数値解析と風洞試験＞ ラグランジュ方程式ではなく，正準方程式上で変数変換を行うことでベクトルモデルの長所を一切損なうことなく回転角モデルへの変換を可能となった．
＜実験内容＞
提案手法の実証のため，東北大学・流体科学研究所の永井教授との共同研究の下，同施設の風洞装置で実験を行った．翼模型を用いて部材レベルでの解析精度実証が可能となった．
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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
着実に研究計画通りに進んでいるから．特に難しいと予想されていた「【異分野を分かつ変数の相違】が解決され，これまで隔てられていた構造と機構の両解析をシームレスに繋ぐ」という大きな目標が達成できたから．
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| Strategy for Future Research Activity |
大変形翼と回転ジョイントを有する模型を製作する．システムレベルでの変形と機構の同期計測として，本グループが構築してきた多点カメラ計測法と分布歪計測法を併用することで挑戦する．
＜研究実施の概要＞新規理論【ベクトル・回転正準変換】によって，衛星航空機・浮体式洋上風車などの大変形構造物の構造解析と機構解析を統合する挑戦的研究である．現状は「部材レベルの構造解析に回転角を変数とするモデル」，「システムレベルの機構解析にベクトルを変数とするモデル」が別々に使用されている．回転角モデルはジョイント表現が困難，ベクトルモデルは大変形を正確に表現できないからである．この結果，部材レベルからシステムレベルでの設計に移行する際にモデルを作り直すという致命的な問題が生じる．【異分野を分かつ変数の相違】が構造・機構の両解析分野を分断している障壁である．本研究では部材レベルからベクトルモデリングを行った上で，新規理論【ベクトル・回転正準変換】を導入し，この障壁の打破に挑む．これは変換前のベクトルでジョイント表現，変換後の回転角で高精度解析を実現する新規アイデアである．提案する統合モデリング手法は部材レベルからベクトルモデリングを行うので，【異分野を分かつ変数の相違】が解決され，これまで隔てられていた構造と機構の両解析をシームレスに繋ぐことができる．
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| Causes of Carryover |
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[Presentation] Development of Multibody Dynamics Formulation Based on Canonical Theory2022
Author(s)
Dong, S., Otsuka, K., Wang, Y., Fujita, K., Nagai, H., and Makihara, K.
Organizer
33rd International Symposium on Space Technology and Science
Int'l Joint Research
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[Presentation] Flexible Rotating Multibody Analysis Using Extended NPFEM for Non-Equatorial Space Elevator2022
Author(s)
Kuzuno, R., Dong, S., Takahashi, Y., Okada, T., Shizuno, Y., Otsuka, K., and Makihara, M.
Organizer
10th Asian Conference on Multibody Dynamics
Int'l Joint Research
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[Presentation] Investigation of Flutter Velocity and Power Generation with Piezoelectric Film2022
Author(s)
Dong, S., Mukogawa, T., Hara, Y., Otsuka, K., Chen, B., Shi, Y., Jia, Y., Soutis, C., Kurita, H., Narita, F., and Makihara, K.
Organizer
19th International Conference on Flow Dynamics
Int'l Joint Research
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[Presentation] Geometrically Nonlinear Beam Model for Slender Multibody Wings2022
Author(s)
Otsuka, K., Wang, Y., Cheng, K., Dong, S., Fujita, K., Palacios, R., Nagai, H., and Makihara, K.
Organizer
22nd International Symposium on Advanced Fluid Information
Int'l Joint Research
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