2016 Fiscal Year Research-status Report
大変形を伴う超柔軟構造を持つ動的システムの新しい解析手法の構築と実験的検証
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26420165
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
菅原 佳城 青山学院大学, 理工学部, 准教授 (10422320)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 信之 青山学院大学, 理工学部, 教授 (70276020) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 柔軟構造 / テザー衛星 / 相補性 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
複数の質量を有し平面運動を行うような超柔軟な構造を有するシステムに対して，システムの持つ相補性を利用した解析方法を前年度までに提案した．しかしながら，質量自体が速い運動を行う場合には解析が途中で発散するという問題が生じていた．提案する解析手法においては，柔軟構造部に変形が発生している状態（張力がない状態）と変形が発生していない状態（張力がはある状態）に分割して解析を行うが，本提案手法ではその状態遷移を効率的に導出する手順に特徴を有しており，状態遷移間の各状態における運動の解析には一般的な数値積分を用いていた．基本的には運動は線形システムに準ずるものであり，線形加速度法を適用していた．そのため，システムに加わる柔軟構造部の張力についても線形の変化を仮定していたが，非線形の変化を仮定することで前年度までの問題が大きく改善されることが明らかになった．この度は非線形の変化を仮定する上で，テイラー展開を施すことで線形では考慮できなかった変化を導入している．これによって平面運動を行う超柔軟な構造を有するシステムに対して，複数の質量がある場合や非常に速い運動を行う場合などにおいて発散することなく数値解析を実施することができるようになった．また，本提案手法の応用においてテザー衛星の展開における受動的な安定化手法の最適化に適用できることを前年度に示したが，条件によっては解析が発散するケースが多くあったものの，前述のような張力についての非線形性を取り入れることで，そのような問題を改善することができ，様々なケースに対する計算を実施することができるようになった．その結果として，テザー衛星の受動安定化に関する実験実証を行い，定性的ながらも提案手法の有効性を示すことができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実績にも記したように，平面運動するシステムを取り扱う際に，解析対象に対する条件によっては計算が発散する可能性があり，その原因を探っていた．結果として，解析対象の柔軟構造部に発生する張力の変化に対して線形性を仮定していたが，その仮定が問題であることが明らかになった．さらにその仮定を解除して，非線形性を導入する方法についての検討を十分に行っていた．さらに非線形性の取り扱いについてはテイラー展開などの簡単な方法で対応することができることがわかり，その手法をこれまでの数値解析プログラムに実装することで，様々な条件で数値解析を行い，その有効性の確認と問題の抽出を実施した．その結果として，当初の研究計画では予定していなかった問題への対応が発生したため，研究の進捗に遅れが発生した．
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| Strategy for Future Research Activity |
1次元運動から平面運動に拡張した際に発生した問題について解決をする手法を提案できたことから，さらに同様の方法は3次元運動（空間運動）への拡張においても有効であると考えられる．それゆえ，当初の研究計画通りに手法の展開を実施する予定である．また，前年度に実施した提案手法のテザー衛星の受動安定化に対する適用については有用性の点からも非常に重要なテーマであることから，当初の計画に対して追加する形で実施する予定である．しかしながら，研究計画に示した平面運動や空間運動を行うシステムの実験検証に使用する実験装置と同様の装置を利用することができることから，実験装置等に関して新たに追加で必要となる要素を極めて少ないと考えられる．
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| Causes of Carryover |
提案手法を２次元の問題に拡張するにあたり，１次元で実施していた積分時の張力（加速度含む）に関する仮定（線形的な変化）の適用では解析結果の精度が不十分であることが明らかになった．そこで，加速度に関して非線形の変化を導入したところ，非常に良い精度の結果が得られることが分かった．このような処理は，今後３次元へ解析手法を拡張するにあたり十分な精度を確保するためにも必要であり，十分な検証を行っていたため，当該年度に予定していた計画で実施できないものが発生し，次年度に使用額が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該年度に実施できなかった計画を引き続き実施し，研究計画通りに残っている項目を実施する予定である．また，提案手法の新たな応用例としてテザー衛星の受動安定の最適化に有効であることが明らかになっており，提案手法の優位性を示すうえでも，当初の計画に加えてテザー衛星への適用を追加で実施する予定である．また，追加の実施にあたり研究費の使用計画には大きな影響を及ぼさないことが分かっている．
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Research Products
(3 results)
