| 研究領域 | 植物の力学的最適化戦略に基づくサステナブル構造システムの基盤創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00373
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 滋賀県立大学 |
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研究代表者 |
永井 拓生 滋賀県立大学, 環境科学部, 講師 (60434297)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
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| キーワード | 丸竹 / 稈形態 / 力学的特性 / 異方性 / モウソウチク / マダケ / 植物構造オプト / 竹 / 植生地域 / 植生環境 / 構造設計 / 機械的性質 / 物理的性質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
竹は重力や水平力に対し力学的に合理的な特徴を持っていることが古くから知られているが、定量的にこれらの関係を定式化した研究は少ない。本研究では、竹の植生地域－物理的特性（形状、含水率、維管束分布等）－力学的特性（各種強度、剛性）の関係を明らかにすることを目的とする。そこで、国内を広く網羅する地域において竹（マダケ、モウソウチク）を採取し、各種の実験を行い、竹の物性値を精度よく推定する数理モデルの定式化を行う。また、実測データの帰納的な分析を通じ、当該研究領域における植物の生存・最適化戦略の解明研究に対し、有益な情報を提供できると考える。
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| 研究実績の概要 |
【1】丸竹稈の曲げ破壊メカニズムおよび曲げ強度の推定
丸竹稈が曲げを受ける際に稈壁に生じる繊維直交方向の応力と変形を理論定式化と数値解析を通じ定量的に評価し，実験により得られた繊維直交方向の特性値と比較することで，丸竹稈の曲げ破壊メカニズムに対する影響を評価した。
曲げを受ける丸竹稈の繊維直交方向応力の実測値は，節の拘束効果が小さい場合において，Brazier効果の理論定式化および有限要素解析の結果とよい整合を示した。丸竹稈の曲げ破壊はBrazier効果による直交断面の扁平化によって生じる可能性が高く，上記の条件下において，稈壁の繊維直交方向の曲げ強度を把握することで，丸竹稈の曲げ強度を推定することが可能と考えられる。
【2】竹の稈形態と力学的性質の傾斜分布の調査
竹の力学的性質は，竹稈の部位や形状によって統計値が大きく変化するほか，繊維方向・直交方向で大きく物性値が異なる異方性を持つため，体系的な整理には今後も多くの実験調査が必要である。竹稈形態の幾何学的性質と，数種類の力学的性質に着目し，それらの関係について調査した結果を示した。
竹稈の根際～末口に亘る竹稈の幾何学的変化，力学的性質（繊維平行方向圧縮強度Fc，繊維直交方向曲げ強度Fb⊥，せん断強度Fs），全乾比重ρdryの分布を調査した。根際→末口に向かっていずれの物性値も大きくなる傾向が見られ，特にFcとρdryは顕著である。一方，Fb⊥，Fsでは若干の相関は認められるものの，位置による各物性値の変化は小さく，おおよそ一定である。【1】で確認した通り，曲げ破壊は繊維直交方向の強度が決定的と考えられるため，竹稈の力学的合理性は，断面サイズ（稈直径，稈壁厚）と節の配置といった幾何学的性質によりその弱点を補っている点にあると考えられる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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