要素変換機能を導入した有限要素ー離散要素法の開発とテラメカニックスへの適用

• 研究課題/領域番号: 23580359
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 農業情報工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中嶋 洋 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (80172302)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2012年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2011年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: シミュレーション工学 / テラメカニックス / GPU / 有限要素法 / 離散要素法 / 要素変換 / けん引性能 / 農用タイヤ

研究概要

離散要素法(DEM)は，オフロード路面と走行装置や機具の接触問題を容易に解析できる手法である．一方，土粒子のオーダを用いた詳細なDEM解析は全粒子の接触判断と接触力計算を要するため，今日でも不可能である．この問題を解決するため，DEM領域を縮小する有限―離散要素解析(FE-DEM)も提案されている．本研究では，FE-DEMにおいて，土のFEモデルとDEモデルの間で要素を変換し，DEM領域を最小限に留める方法を提案した．タイヤのけん引性能解析に要素変換機能付きの２次元FE-DEM解析を行ない，性能解析結果は要素変換機能なしのものと同等，計算速度は最大で約29倍にできることを明らかにした．

研究成果

• [雑誌論文] FE-DEMによる車輪の走行性能解析と要素変換機能の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田泰基,中嶋洋,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 雑誌名: テラメカニックス 巻: 34 ページ: 113-118
  • NAID: 40021300737
• [雑誌論文] Investigation of elemental shape for 3D DEM modeling of interaction between soil and narrow cutting tool (2013)
  • 著者名/発表者名: Ikuya Ono, Hiroshi Nakashima, Hiroshi Shimizu, Juro Miyasaka, Katsuaki Ohdoi
  • 雑誌名: Journal of Terramechanics 巻: 50(4) 号: 4 ページ: 265-276
  • DOI: 10.1016/j.jterra.2013.09.001
  • NAID: 120005347110
  • 査読あり
• [雑誌論文] FE-DEMによる弾性車輪のけん引性能解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小野智美,中嶋洋,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 雑誌名: テラメカニックス 巻: 32 ページ: 21-26
  • NAID: 40021300255
• [学会発表] FE-DEM解析における要素変換機能の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田泰基,中嶋洋,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 学会等名: テラメカニックス研究会第34回研究会
  • 発表場所: 沖縄県石垣市
  • 年月日: 2013-12-14
• [学会発表] 車輪走行性能のDEM解析における並列計算について (2013)
  • 著者名/発表者名: 中嶋洋,吉田泰基,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 学会等名: テラメカニックス研究会第34回研究会
  • 発表場所: 沖縄県石垣市
  • 年月日: 2013-12-14
• [学会発表] Calibration of model parameters in 2D DEM for soil-grouser system (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Nakashima, T. Yoshida, X.L. Wang, H. Shimizu, J. Miyasaka, K. Ohdoi
  • 学会等名: 7th Americas Conf. ISTVS
  • 発表場所: Tampa, USA
  • 年月日: 2013-11-05
• [学会発表] 離散要素法と有限要素法の要素変換解析の試み—予報:物理量の対応 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中嶋洋,吉田泰基,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 学会等名: 農業食料工学会第回年次大会
  • 発表場所: 北海道帯広市
  • 年月日: 2013-09-12
• [学会発表] NUMERICAL INVESTIGATION OF GROSS TRACTION GENERATED AT GROUSER-SOIL INTERFACE BY DEM (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nakashima
  • 学会等名: 7th Americas Conference of ISTVS
  • 発表場所: Tampa Convention Center, FL, USA
• [学会発表] FE-DEM解析における新たな試み(予報) (2012)
  • 著者名/発表者名: 中嶋洋,吉田泰基,小野育也,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 学会等名: テラメカニックス研究会第33回研究会
  • 発表場所: 宮城県南三陸町
  • 年月日: 2012-10-12
• [学会発表] Effect of elemental shape on cutting resistance in DEM analysis of soil-blade system (2012)
  • 著者名/発表者名: I. Ono, H. Nakashima, H. Shimizu, J. Miyasaka, K. Ohdoi
  • 学会等名: 12th European Conference of ISTVS
  • 発表場所: Pretoria, South Africa
  • 年月日: 2012-09-26
• [学会発表] 3次元離散要素法による乾燥砂を用いた平刃切削の抵抗力シミュレーション—計算における粒子形状の影響について— (2012)
  • 著者名/発表者名: 小野育也,中嶋洋,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 学会等名: 農業環境工学関連学会2012年合同大会
  • 発表場所: 栃木県宇都宮市
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] 履板の推進力解析への離散要素解析の適用に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中嶋洋,吉田泰基,王秀崙,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 学会等名: 農業環境工学関連学会2012年合同大会
  • 発表場所: 栃木県宇都宮市
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] FE-DEMによる弾性車輪のけん引性能解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小野智美,中嶋洋,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 学会等名: テラメカニックス研究会第32回研究会
  • 発表場所: 広島県呉市
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] 履板の推進力へのグローサパラメータの影響のDEM解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中嶋洋,王秀崙,吉田泰基,清水浩,宮坂寿郎,大土井克明
  • 学会等名: テラメカニックス研究会第32回研究会
  • 発表場所: 広島県呉市
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] FE-DEMを用いた弾性車輪のけん引性能解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小野智美
  • 学会等名: 第32回テラメカニックス研究会
  • 発表場所: ビューポートくれ(広島県呉市)
• [学会発表] 履板の推進力へのグローサパラメータの影響のDEM解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 洋
  • 学会等名: 第32回テラメカニックス研究会
  • 発表場所: ビューポートくれ(広島県呉市)
• [学会発表] FE-DEM解析における要素変換機能の検討
  • 著者名/発表者名: 吉田泰基
  • 学会等名: 第34回テラメカニックス研究会
  • 発表場所: ホテルグランビュー石垣
• [学会発表] 車輪走行性能のDEM解析における並列計算について
  • 著者名/発表者名: 中嶋 洋
  • 学会等名: 第34回テラメカニックス研究会
  • 発表場所: ホテルグランビュー石垣
• [学会発表] タイヤ空気圧のけん引性能への影響について
  • 著者名/発表者名: 西山健太
  • 学会等名: 農業食料工学会関西支部第131回例会
  • 発表場所: 大阪府立大学
• [学会発表] Effect of elemental shape on cutting resistance in DEM analysis of soil-blade system
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nakashima
  • 学会等名: 12th European Conference of ISTVS
  • 発表場所: Gerotek Test Facility, Pretoria, South Africa
• [学会発表] ３次元離散要素法による乾燥砂を用いた平刃切削の抵抗力シミュレーション-計算における粒子形状の影響について-
  • 著者名/発表者名: 小野育也
  • 学会等名: 農業環境工学関連学会2012年合同大会
  • 発表場所: 宇都宮大学(栃木県宇都宮市)
• [学会発表] 履板の推進力解析への離散要素解析の適用に関する検討
  • 著者名/発表者名: 中嶋 洋
  • 学会等名: 農業環境工学関連学会2012年合同大会
  • 発表場所: 宇都宮大学(栃木県宇都宮市)
• [学会発表] FE-DEM解析における新たな試み(予報)
  • 著者名/発表者名: 中嶋 洋
  • 学会等名: テラメカニックス研究会第33回研究会
  • 発表場所: 南三陸ホテル観洋(宮城県南三陸町)