| 研究概要 |
空間構造体ははり部材とそれらを連結する結合節で構成され、超軽量性、高機能性および空間制約などの各種要求に応じた構造設計が可能となるため、その力学特性を理解することは工学上きわめて重要である。本研究では、より広い視点から空間構造体がもたらす多彩な変形様式を理解することを目的として、節の回転相互作用に着目した2次元柔軟節構造体の弾性変形モデルを構築した。そして、構築した数値解析モデルを用いて、新規空間構造体を独自に提案し、構造不安定性やボアソン比特性を対象に節の回転特性に依存する空間構造体の変形メカニズムを解明した。得られた結果から以下のことがわかった。(1)多重セル集合を有する周期正方セルの等二軸圧縮座屈解析より,系の短波長座屈モードが4位節の基本回転モードで整理できることを示し、その2次モードが4重分岐となりたわみが局所化することを示した。そして、得られた2次モードはセルサイズの増加に伴い最低次モードの座屈値に漸近することを明らかにした。また、荷重制御による正方セルの長波長座屈モードは4位節の非対称回転モードで特徴付けられることを示した。(2)4位柔軟節構造体を新規提案し、節の柔軟性に依存して正から負までの広範囲のボアソン比を許容する力学特性を明らかにした。また、単軸引張試験より同様のボアソン比特性を実験的に証明し、2次元数値解析では計算できない4位柔軟節構造体の面外変形特性を単軸引張試験によって評価した。(3)8位節と滑節連結された2位節で構成される単一自由度の8位節反復構造体を新規提案し、8位節の回転モードを選定することで当該構造体の多彩な可変機構を発見した。また、試作機を製作してロータリーアクチュエータを用いた回転駆動試験を実施することで、発見した可変機構のひとつである展開/収縮モードを実証した。
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