| 研究課題/領域番号 |
21K14286
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
張 天昊 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (90845728)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 建築構造 / 可展面 / 曲線折り / 曲面建築 / 曲面構造 / 形態創生 / 自己釣り合い / 最適化設計 |
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| 研究実績の概要 |
2021年度は、曲線折り紙の畳み込みができ、且つ目標自由曲面に近似した可展面群の数値探索手法を提案した。本研究における可展面群の形状には、(1)自由曲面に近似、(2)曲線折りの畳み込みが可能、の二つの条件がある。近似自由曲面の精度と折り紙の畳み込み効率の両者を同時に目的関数とし、遺伝的アルゴリズム(GA)を用いて合理的な可展面の初期形状を創生するため、2種類の探索手法を試みた。
手法１による探索：数値計算(FEM)によりシェル要素で表現する薄板を弾性曲げ変形させ、GAを用いて可展曲面の近似度と畳み込み効率が共に高くなるような折線の配置を求める方法。
手法２による探索：曲線折り紙のルーリング幾何モデルを基に、弾性曲げエネルギーを考慮し、GAから可展曲面の近似度が高く、かつ弾性曲げエネルギーが小さくなるような折線の配置を求める方法。
手法１は薄板の挙動を再現できるが、計算効率が低いため、複雑な形状の探索への応用が困難であることが分かった。一方、手法２は厳密な構造挙動を再現しないが、計算効率が改善されるとともに、曲線折りの畳み込みが可能である条件を自動的に満たすメリットがある。力学性能を評価するため、弾性曲げエネルギーを考慮した。本手法はモデルの折れ線の数が増えると誤差の蓄積が発生するが、ガウス曲率が正と負の両方の場合において、目標自由曲面に近似した可展面群の探索に成功した。よって、本研究では手法２を用いて研究を進める。
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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
2021年度では、畳み込みが可能な近似自由曲面の発見手法の確立を目的としていた。GAに基づく多目的最適化手法から、畳み込みが可能な近似自由曲面の発見手法を提案することができた。これより、2021年度の研究は、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021年度は、計画通り畳み込みが可能な近似自由曲面の発見手法を確立することができた。近似自由曲面として展開した展開構造は、個々の可展面に弾性曲げ変形が発生し、一定の幾何剛性を有する自己釣り合い状態である。しかし、最適化により得られた可展面群が実際に畳み込み可能な自己釣り合い状態を形成していることは検証できていない。そこで、2022年度では、この自己釣り合い状態における幾何剛性を明らかにするため、有限要素法による数値計算を行い、曲面構造の応力状態を解析する予定である。さらに、自己釣り合い状態における曲線折り紙構造の構造特性を解明するため、数値モデルと実物模型において展開状態の振動数を調査する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルスの影響により、当初予定していた国際会議での現地発表ができなくなったため、次年度使用額が生じた。差額は次年度の研究成果の発表のために使用する予定である。
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