2017 Fiscal Year Annual Research Report
A design method of deployable bar structures connected by various hinge joints for mobile architecture
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26420557
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| Research Institution | Okayama Prefectural University |
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Principal Investigator |
津田 勢太 岡山県立大学, デザイン学部, 准教授 (80584325)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大崎 純 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40176855)
中原 嘉之 岡山県立大学, デザイン学部, 助手 (60726983)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 展開構造 / メカニズム / 折紙 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，骨組による軽量な展開構造を生成する設計手法を提案することを目的としている。研究成果の概要を以下に示す。
１．既往の剛体折紙から展開型の骨組構造を生成する手法について提案した。多自由度機構として知られるヨシムラ折りの折り線上に部材を配置し，各種の１自由度ヒンジ接合を配置することで生成される１自由度の機構を提案した。部材とヒンジ接合の有限大きさが展開性能に与える影響について，数値解析および縮小模型機構により検証を行った。
２．剛体折紙は平面から多面体に変形するが，剛体部分を曲面にすることで，滑らかな曲面体に変形する機構が構成可能であることを提案した。ヨシムラ折りから生成される展開型骨組構造（上記１とは別形式）を曲面骨組に変換するために，ユニット形状と全体形状の幾何学的関係を数式表現した。大空間曲面構造の施工方法への応用が期待できる。
3．指定方向へ形態変化する立体骨組機構を実現するための最適化問題の定式化を行った。極限解析問題に類似する線形計画問題を解くことで機構を生成する方法であり，骨組の部材端に任意角度の回転軸を配置することを許容している。ヒンジ方向を部材局所座標系に固定せず，斜め方向も可能とすることにより，ヒンジ個数の低減，および不安定次数を減少させる効果がある。
4. 上記3の手法は微小変形理論によるため，得られたメカニズムが大変形可能となるかは有限要素解析等で大変形解析を行わないと判別できない。大変形メカニズムか否かを判定するために，関数の勾配を用いた連続変数を定義した非線形問題を定式化し，ひずみの高次項がゼロとなるか否かを判定する手法を提案した。高次項の計算は，数式処理ソフトウェアを利用することによりシステマティックに行うことができる。
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