| 研究課題/領域番号 |
19J20405
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分23010:建築構造および材料関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
堺 雄亮 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | グリッドシェル / 負のポアソン比 / カイラリティ / 離散円筒機構 / メタマテリアル / 最適化 / 離散微分幾何学 / 粒子群最適化手法 / 大変形解析 / ベンディングアクティブ構造 / 形状設計 / 機構設計 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
曲げ変形により生成される軽量かつ柔軟な空間構造の設計理論および解析法の構築と、柔軟な変形メカニズムを応用した制振機構の開発を行う。まず、最適化手法による曲げ変形を有する空間構造の形状設計法を提案し、大変形解析により力学特性と施工過程を検証する。続いて、意図した変形が可能な接合部や部材の最適設計法および最適配置法を考案し、座屈現象を有効活用して施工される空間構造を生成する。さらに、空間構造の大変形解析に伴う数値計算上の困難へ対処するため、機械学習を用いた効率的な解析方法を考える。最終的に、得られた力学特性に基づき、柔軟な性能を有する制振機構を開発し、空間構造の安全性能の向上へつなげる。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、柔軟な構造部材で構成される格子状曲面を対象に、最適化や離散微分幾何学等の数理的手法を用いた設計法の構築を目的とする。本研究の特色は格子形状に機械的メタマテリアルの一種である負のポアソン比を持つ構造を適用したことにあり、従来の格子では設計が困難な曲面および変形機構を生成した。
まず、離散微分幾何学を用いたオーゼティック・ベンディングアクティブ・グリッドシェル (ABAG)の最適設計法を提案した。ABAGは、負のポアソン比を持つ格子で構成される平板を面外に変形させて生成される格子状曲面である。昨年度、離散ガウス曲率の最大化および非周期的な格子形状の導入により様々な形状の曲面を生成できることを示した。本年度は、提案手法で生成された曲面の最適解をもとに、局所的に上に凸な形状の曲面を生成するためのパラメータ設定法を提示した。
昨年度より開始した、2回回転対称性を持つ六角形格子で構成される離散円筒機構の設計について、本年度は形状設計法の確立および大変形解析を通じた変形性状の確認を行った。離散円筒機構は衝撃緩和装置や医療器具等の柔軟性を要する構造物に応用される。形状設計法には、カーボンナノチューブの形状に関する数学的表現を応用した。これにより、様々な格子形状および配列を有する機構をパラメトリックに生成できる。また、提案手法で設計した機構の一部を対象に大変形解析を実行した。モデルを円筒軸方向へ圧縮させた結果、圧縮と同時にねじれが発生する変形性状を確認した。これは物理学における動的カイラリティと呼ばれる現象であり、これらのモデルはカイラル・メタマテリアルというメタマテリアルとして分類できることを示した。
以上の成果は、国際論文誌やシンポジウム等で発表している。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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