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2022 年度 実績報告書

ケーブルの応力弛緩性と冗長性に基礎をおくテンセグリティネットワーク構造体の機能化

研究課題

研究課題/領域番号 19K21921
研究機関大阪大学

研究代表者

中谷 彰宏  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (50252606)

研究分担者 LEI XIAOWEN  福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (50726148) [辞退]
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2023-03-31
キーワード変形体力学 / メタマテリアル / ひずみエネルギー / マルチスケール解析 / インテリジェント構造
研究実績の概要

機構の“あそび”(バックラッシュ、クリアランスなどとも称される)が持つ、構造系の力の分散、さらには、安全・安心の担保に関連する能動的意義を、積極的に評価するために、ケーブル(線材)と剛な部材を組み合わせにより決定される三次元空間の中で自立する広義のテンセグリティネットワーク構造を考える。ケーブルの一部に応力弛緩性を導入し、力学特性の変化、さらには力学的メタ構造と呼ばれる特異な機能性を見出すことを目的としている。この目的を達成するために、システムの自己釣合いを部分的に緩和した種々のモデルを作成し、力学特性の検討を行なった。
2019年度は、T3と呼ばれるケーブル(柔部材)と棒(剛部材)からなるテンセグリティユニットを連結した構造体の力学モデルを作成し、釣り合い状態と、“あそび”に対して、解析解を導出するとともに、波動伝ぱの機構を計算機シミュレーションによって解明した。2020年度は、単位構造の端部を剛体板とする剛体動力学モデルについて、柔部材の一部分に応力弛緩性を有する“あそび”を設けて、特異な波動伝ぱ現象を計算機シミュレーションによって明らかにした。2021年度は、展開構造物としての応用が期待される南京玉すだれの数理モデリングに着手した。隣接する剛体棒の運動が紐輪の長さによって規定される機構と、紐輪が終端が結絡する機構が、それぞれ、“あそび”の発生と束縛の回復であることに注目し、力学モデルを作成し、シミュレーションを行った。2022年度は、テンセグリティ構造が柔部材の初期張力によって剛性を可変にできることに注目し、内力の変化によるアクティブな傾斜機能材料の設計可能性を調査した。さらに欠損部を設けたモデル構造に対して力学的なクローキングの可能性を機械学習により明らかにした。
一連の研究から、“あそび”を積極的に組み入れた人工物創製の可能性に結びつく知見を見出した。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Modeling of a lattice model for nonlinear wave propagation in phononic crystals2023

    • 著者名/発表者名
      Jun Takayanagi, Yusuke Doi, Akihiro Nakatani
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and Its Applications, IEICE

      巻: 14 ページ: 475-490

    • DOI

      10.1587/nolta.14.475

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 深層学習を用いた物体の運動情報からの力学法則の発見支援に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      小金丸 澄, 土井 祐介, 中谷 彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第98期定時総会講演会
  • [学会発表] 初期張力効果に着目したテンセグリティ構造体の有効剛性の評価2023

    • 著者名/発表者名
      石川 優輝, 杉森 康太, 李 蒙, 土井 裕介, 中谷 彰宏
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会2022年度学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] 力学現象のデータによる基本法則導出の可能性に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      小金丸 澄, 土井 祐介, 中谷 彰宏
    • 学会等名
      日本材料学会第8回材料WEEK材料シンポジウム若手学生研究発表会

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公開日: 2023-12-25  

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