| 研究課題/領域番号 |
14550223
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
機械力学・制御
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| 研究機関 | 上智大学 |
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研究代表者 |
曽我部 潔 上智大学, 理工学部, 教授 (60095859)
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| 研究分担者 |
曄道 佳明 上智大学, 理工学部, 教授 (50262118)
能見 公博 香川大学, 工学部, 助教授 (20325319)
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| 研究期間 (年度) |
2002 – 2005
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| 研究課題ステータス |
完了 (2005年度)
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| 配分額 *注記 |
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2005年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2004年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2003年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2002年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
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| キーワード | テザードシステム / マルチボディダイナミクス / 海洋探査 / 柔軟体の運動 / 大変位・大変形問題 / 流体関連運動 / 大変位、大変形問題 / デザードシステム / 連成振動 / 大変位、大変系問題 / 流体関連振動 / 3次元運動測定システム / 大変位,大変形問題 / 微小重力環境 / 弦・剛体系の連成運動 / 非線形有限要素法 / 剛体系の姿勢制御 / 時変系 / 画像解析 |
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| 研究概要 |
本研究では、主にテザーの進展、回収機構に着目し、これまでに提案した柔軟なテザーと先端剛体系から成るテザードシステムのモデリング、定式化に対し、テザーの長さ変化を考慮するための新たな手法を開発した。この方法では、従来の有限要素を用いた柔軟体のモデリングに対し、非線形力学で議論される多重尺度法を導入し、特に非線形時間尺度を採用している。これにより、テザーの長さ変化を考慮するにもかかわらず、質量マトリクス、剛性マトリクスが共に時間依存しない形式で表現される。これは、複雑なテザードシステムの運動解析にあたり、要素数の設定を行えば、毎時各マトリクスを書き換える必要がないという、計算コストに優れた画期的な手法である。この理論解析手法を用いて、テザーと質点から成るシンプルな系に対して数値シミュレーションを行った。この結果の妥当性を確認するために、特性曲線法を用いた数値解との比較を行い、要素数の設定によって極めて精度の良い数値シミュレーションが可能であることを実証した。またこれに伴い、既存の実験装置を改良し、鋼線を巻き取り、繰り出し可能とし、実験を行った。この実験結果についても、本手法を用いた数値シミュレーション結果は良い一致を見た。
さらに、水槽実験装置に水を満たし、流体の影響下でのテザーの運動について、実験および理論解析を行った。特に、テザーと流体の運動の相互干渉が大きくなく、速度に依存した抵抗力として流体がテザーに作用するような場合に対して、流体の影響を考慮した数値シミュレーション結果は、実験結果と定性的な一致を見た。
これらの知見により、テザードシステムの流体中の運動解析は、平面問題ながら、大変位、大回転、大変形問題および長さ変化を取り込むことができるようになった。これにより、先端機の位置姿勢制御を数値解析によって確立、検証する基礎理論が構築されたと言える。
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