| 研究課題/領域番号 |
20K04924
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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24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
中篠 恭一 東海大学, 工学部, 准教授 (60408028)
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| 研究分担者 |
齋藤 芳隆 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (50300702)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | Isogeometric解析 / Gossamer宇宙構造物 / ケーブル-膜面複合構造物 / 有限要素法 / アイソジオメトリック解析 / 変分法 / ケーブルー膜面複合構造物 / 膜構造物 / ケーブル構造物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，膜面に補強ケーブルを組み合わせた複合構造物の力学的特性を数値シミュレーションによって調査する．このようなシミュレーションには従来，有限要素法とよばれる解析手法が用いられてきたが，本研究では近年注目を集めているアイソジオメトリック解析と呼ばれる新たな手法に着目し，アイソジオメトリック解析と従来型の有限要素法を組み合わせたハイブリッド解析法を開発する．開発した手法を用いて，新型成層圏気球やゴッサマー宇宙構造物と呼ばれる軽量宇宙構造物の力学特性を調査し，従来手法ではシミュレーション困難であった問題に取り組む．
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| 研究成果の概要 |
従来，数値構造シミュレーションには有限要素法と呼ばれる手法が用いられてきた．これに対し，3D CAD等に採用されている曲面表現技術であるNUBRSを用いた数値構造シミュレーションが米国のHughes等によって提案された．新たな構造解析手法はIsogeometric解析と呼ばれ，有限要素法に対する優位性が次第に明らかとなってきた．本研究ではケーブル-膜面複合構造物に関して，有限要素法とIsogeometric解析を組み合わせた新たな解析手法を提案した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，従来の数値構造シミュレーション技術である有限要素法と，新たな構造解析手法であるIsogeometric解析を組み合わせた新たな構造解析技術を提案した．また，ケーブルと膜面の複合構造物である新型の成層圏気球に関する研究を行い，気球の膨張形状を予測できる理論解を導出し，さらに気球に被せる網の幾何パラメータを最適化することで，気球重量を一定に保ったまま，気球容積を3倍程度にまで増加できることが可能であることを見いだした．本研究で得られた成果を用いると，成層圏気球の気球性能を大幅に向上させることが可能である．
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