| 研究課題/領域番号 |
19K03042
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分09070:教育工学関連
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| 研究機関 | 岐阜市立女子短期大学 |
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研究代表者 |
服部 宏己 岐阜市立女子短期大学, その他部局等, 教授 (50510476)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2023年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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| キーワード | 建築構造設計 / 教育 / 可視化 / 塑性領域 / デジタル画像相関法 / 応力分布 / 建築構造教育 / 弾塑性 / 実験ツール / CAIシステム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
建物の耐震性を学ぶ上で、建物架構に生じる応力分布の理解が最も重要となるが、苦手意識を持つ学生が多いことから、視覚的・体験的に理解できるツールを開発する。これまで行ってきた弾性領域の静的な挙動に加え、新たに塑性領域や地震時の挙動を可視化できるツールを開発することを目的としている。その方法として、デジタル画像相関法（デジタル撮影された微小な変形画像を比較することによって、ひずみ量などを解析し分布を図化する技術）を応用する。これらの実験ツールに加え、PCを利用して数値的に設計法を理解するCAI システムの構築を試みる。両者を併用することにより、建築構造の理解を飛躍的に高めることが可能となる。
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| 研究実績の概要 |
これまでの一連の研究により、近年開発されたデジタル画像相関法(デジタル撮影された微小な変形画像を比較することによって、ひずみ量などを解析し分布を図化する技術、以下DICという)による画像解析値とFEM解析値とを比較し、両者の間に比較的良い相関性があり、DICを構造教育ツールに適用することが可能であることを明らかにしてきた。一昨年度（令和3年度）に行った実験では、実際の建築構造物で扱われる鉄筋コンクリート（鉄筋とコンクリートの複合材料）を想定し、2液性の樹脂材を母材（コンクリートを模したもの）に、アクリルを模擬鉄筋として設置した試験体を用いて、鉄筋コンクリート造を対象とした教育ツールの適用性について検討を行い、RC造の教育ツールにもDICを適用することが可能であることを示した。しかしながら、試験体が小さく模擬鉄筋内部のひずみ分布の画像が不明瞭であったため、昨年度（令和4年度）は、試験体サイズを2倍にして実験を行い、試験体サイズを大きくすることによって、試験体全体および模擬鉄筋内部の破断時の様子についてひずみ分布画像を示し、DIC画像とFEM解析画像の両者が類似していることを示した。
今年度（令和5年度）は、これまでの一連の弾性および塑性範囲のそれぞれの実験結果について、DICソフトの改良版を用いて、DICによる結果とFEM解析結果の両者を数値化し更に詳細に比較検討を行い、その相関性について明らかにした。加えて、この改良版は新たに応力分布を表示できるソフトとして開発したことから、応力分布画像の両者の比較を行い、より効果的な教育ツール（例えば、塑性範囲における鉄筋の応力状態の理解）への利用を示唆した。
これらの結果をまとめ、2024年度日本建築学会大会（関東）学術講演梗概集に投稿した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
令和5年度の研究計画では、CAIシステムとして構造架構のアニメーション、構造設計のソフトウェア、構造設計演習プログラムを制作することとしていたが、その前の段階において、教育ツールを制作する上で新たな問題点が明らかとなった。その代表的なものとして、これまでの実験ではDICソフトの性能からひずみ分布を扱ってきたが、構造設計で必要となるのは応力分布であり、その確認ができていない。加えて塑性範囲での応力分布のDICによる妥当性を示すまでには至っていないことが挙げられる。
この理由として、DICソフトにおいて、ひずみ分布を応力分布に変換するソフトの開発が遅れたためであるが、今年度その改良版の初版が完成した。このことから、令和5年度は、改良版ソフトの応力分布画像が教育ツールとして適用可能であることを示した。今後は、これまでの実験データを用いて、塑性範囲を含めさらに改良版ソフトの教育ツールへの適用性について詳細に検討する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度は、これまでの実験で得られた画像に対して、DICソフトの改良版を用いて応力分布のDIC解析結果とFEM解析結果の比較検討を試みた。その結果、基本となる弾性範囲においては、その妥当性を示すことができたが、複数の試験体でDICソフトの不具合が見られた。また、塑性範囲での検証および模擬鉄筋内部の応力の弾性および塑性の両面でのDICの改良版による応力分布の結果が得られていない。構造教育ツールを制作する上では、これらの結果が必要となることから、令和6年度は、DICソフトの応力変換の精度の向上を図るとともにこれらの詳細な結果を得ることを目的とする。これらの静的載荷時の弾塑性時の挙動が明らかになった後に、動的載荷時の構造教育ツールの開発に繋げることができるものと思われる。
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