2013 Fiscal Year Research-status Report
一般軸荷重構造物（テンセグリティ構造体）のための統一的構造解析・設計法の開発
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25420185
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Wakayama University |
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Principal Investigator |
長瀬 賢二 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (70303667)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | テンセグリティ / 構造解析 / 構造設計 / 最適化 |
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| Research Abstract |
テンセグリティ構造体は，棒とワイヤを結合して構成される構造物であり，部材が受ける力を軸力のみに制限することで構造物を軽量に製作できることや，ワイヤ長の調整により形状の変更が可能であるなどの特徴を有する．本研究では，テンセグリティ構造体の系統的かつ大域的な（統一的な）最適構造設計のための解析・設計理論の確立を目指し，特に，自由曲面形成のための汎用基本ユニットの開発，ならびに，最適構造決定のための可変構造モデルに基づくシステム解析・設計法について検討している．
自由曲面形成のための汎用基本ユニットの開発に関しては，本年度，その第一段階として，既存の円柱型テンセグリティ構造体の結合パターンを基本ユニットに選び，検討を行った．基本ユニットを繰り返し結合した要素（テンセグリティシート）に対し，結合行列の生成則を導出するとともに，テンセグリティシートより，円環，円柱，放物面，球などの基本形状のテンセグリティを生成し，それらが構造学的に安定であることを確認した．
また，最適構造決定のための可変構造モデルに基づくシステム解析・設計法の開発に関しては，本年度は，特に，そのために有用なモデル表現の構築について考えた．システム構造（要素数，要素位置，結合関係など）を計算機上で容易に変更が可能なモデル表現を得るという観点から，要素位置と結合関係の情報をそれぞれ異なる行列の要素内に配置し，それらの代数演算により要素を表現するモデル表現の検討を行い，静力学，動力学の観点から，解析に有用なモデル表現であるとの見通しが得られた．
また，テンセグリティ構造体の実用化の観点から，基本的なテンセグリティ構造を選び，その設計・製作を行い，問題点等について検討を行った．また，テンセグリティ構造の振動特性の解明やその制御方法についてもあわせて検討を行った．
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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
本研究では，テンセグリティ構造体の系統的かつ大域的な最適構造設計のための，汎用基本ユニットの開発，ならびに，モデル化，解析・設計手法の開発を行っている．本年度は，主に，円柱型テンセグリティの結合関係を規範とした基本要素（テンセグリティシート）の可能性の調査，および，分離表現と呼ばれるモデル表現の静力学・動力学的な観点での有用性の検討を行い，その可能性や有用性の確認を行うことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の展開として，自由曲面形成のための汎用基本ユニットの開発に関しては，本年度検討を行ったテンセグリティシートから生成される基本形状構造物（円環，円柱，放物面，球など）を可変構造モデルで表現する．要素数や結合関係などを変化させた場合の特性を調べ，必要に応じてシートの構成要素の変更・改良を行う．
また，最適構造決定のための可変構造モデルに基づくシステム解析・設計法の開発に関しては，本年度検討を行った可変構造モデルを用いた設計問題の定式化の第一段階として，静力学的な解析に基づく最小質量設計を考える．制約条件は，力のつり合いや最大応力などの基本的な条件から始め，剛性などの条件を適宜付加することを考えている．
また，テンセグリティ構造体の実用化の観点から，設計・製作面での課題等の検討を引き続き行うととに，ロボット等への応用の可能性についても検討する．
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[Presentation] Minimal Mass Design of Tensegrity Structures2014
Author(s)
K. Nagase, R.E. Skelton
Organizer
SPIE Conference on Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems 2014
Place of Presentation
Town & Country Resort and Convention Center, San Diego, California, United States
Year and Date
20140309-20140313
