| 研究課題/領域番号 |
15K06614
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| 研究機関 | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工 |
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研究代表者 |
田中 宏明 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, システム工学群, 准教授 (90532002)
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| 研究期間 (年度) |
2015-10-21 – 2018-03-31
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| キーワード | 航空宇宙工学 / 展開構造物 / 展開再現性 / 高精度構造 / スマート構造 / 振動付与 |
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| 研究実績の概要 |
高精度宇宙展開構造システムの展開再現性向上を目指し，平成２７年度に行った展開非再現性の要因分析の結果を基に，主要な要因である結合部のガタと摩擦について，振動・荷重付与による展開再現性向上方法を検討した．
ガタの影響に関しては，キネマティックカップリング（ＫＣ）の利用が有効な対処法となるが，ＫＣを用いる場合には荷重付与手順が展開再現性に影響することが分かっており，平成２８年度は押し付け荷重手順に関する理論式の導出と，試験による有効性確認を実施した．３組のＫＣを介して２つの部材を結合させる概念検討モデルを構築し，様々な荷重負荷手順において分離・嵌合を繰り返し，再現性を評価する試験を実施した．提案する方法により導出された荷重負荷手順において形状の再現性が最も高いことを確認し，提案方法の有効性を実証した．
結合部の摩擦の影響については，平成２７年度に実施した試験を継続し，加振周波数やアクチュエータ位置，加振力等と形状再現性の関係について試験を実施した．試験モデルはリブ－フープケーブル型展開アンテナ構造の一部を模擬したものであり，リブを模したはりとヒンジ部，ケーブルに相当するばねから構成される．平成２７年度には，この試験モデルを用いて，ヒンジ部の摩擦の影響で展開再現性が悪化すること，圧電素子による振動付与によりリブが所定の位置に落ち着くことを確認している．今年度は圧電素子への印加電圧や振動時間等の振動特性が展開後の形状再現性向上におよぼす影響を評価し，印加電圧の影響が大きく，30秒を超える場合は振動付与時間の影響が小さいことを明らかとした．さらに，有限要素解析を用いたモード外力評価を基に，アクチュエータ配置に関する基礎を得るとともに，試験結果との比較を通してその妥当性を評価した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成２７年度に行った展開非再現性の要因分析の結果を基に，主要な要因である結合部のガタと摩擦について，振動・荷重付与による展開再現性向上方法に取り組み，研究は順調に進展している．ガタの影響に関して，平成２８年度はキネマティックカップリング（ＫＣ）を用いた形状再現性の向上方法を検討し，ＫＣへの荷重押付手順に関する理論式を導出，試験を通して有効性を確認した．試験に関しては，位置再現性評価のための試験モデルを作成し，荷重負荷装置等の改良を繰り返し，現時点では十分な試験評価が実施できている．
摩擦の影響については，平成２７年度に開始した特性評価試験を継続し，加振の条件（加振力，加振時間，加振位置）を変化させながらリブの位置再現性向上効果を評価，影響の大きい振動特性を確認した．試験モデルに関しては平成２７年度に開発したモデルを改修し，複数の圧電アクチュエータを配置し，試験・評価方法の改善を行うなど，より高度な試験を実施できている．また，有限要素モデルを構築し，モード解析およびダイナミクス解析に基づく考察を行い，アクチュエータ配置に関する基礎的知見を得た．
ガタの影響については一定の改善方法が構築できたため，今後は振動付与による摩擦の影響低減に注力し，先に実施していたケーブル部材の荷重付与による長さ変化への対応と合わせて，展開再現性向上方法の確立に取り組む．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２９年度は，平成２８年度までに明らかにした，振動付与による形状再現性の向上と，先の研究で明らかにしたケーブル部材の展開・収納による長さ変化の評価・モデル化を組み合わせ，展開構造物としての設計方法確立に取り組む．繰り返し荷重負荷によるケーブル部材の自然長変化はクリープに近い形であらわすことができるため，圧電アクチュエータによる振動付与によりケーブル長さの変化を落ち着かせることが期待できる．まずは要素試験を実施しその効果を確認する．
次に，それぞれの数値モデルを統合したモデルを構築し，振動付与後に所望の形状を実現するための，構造設計方法を構築する．また，その有効性を検証するため，平成２８年度の試験モデルを改良し，非線形性の少ないばね部材をケーブル部材に置き換えた検討モデルを作成，試験を通して提案設計方法の有効性を確認する予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成２８年度半ばに投稿した論文について，まだ掲載に至っておらず，予定していた掲載費用が次年度に発生する予定となり，残額が生じた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
現在投稿中の論文の掲載費用に使用する他，平成２８年度に公開できなかった成果を公開するために使用する予定である．
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