研究課題
本研究の目的は，植物が獲得してきた力学的最適化メカニズムを農業水利施設設計に利活用するための，物理数値シミュレーション基盤を創出することにある．より具体的に，本研究は，(1)動力学に基づく植物-地盤系の数理モデルの構築，(2)有限要素法による物理数値シミュレータの開発，および(3)シミュレータを用いた，植物構造の減衰機構の探究，の3点を行う．(1) 多数の節からなる植物構造とその基礎地盤を一体として扱える数理モデルとして，既存のNodeTo-Segment法を拡張した Overset-Mesh Schemeを開発し，解析解の求められる動的問題についてその精度検証を行う．(2) (1) に基づく物理数値シミュレータを開発し，並列計算環境を用いてその高速化と，中規模問題に対する精度検証を行う．(3) 実際の植物体/植物根系 3D データを用いて，植物構造の動的応答をシミュレーし，その固有振動数，周波数応答特性，減衰特性を明らかにする．2023年度は，(1)~(3)の全てにおいて著しい進捗が得られた．(1)に関連して，植物-地盤系の数理モデルとして，根の生長を組み込んだ新規モデルを開発し，根が地盤を貫通できずに浮き上がる「根上がり」現象の解析に援用した成果が査読付き国際学術雑誌「Scientific Reports」(IF:4.996，Q1)に2023年5月付でオンライン掲載された．(2，3)については，研究の主眼が静的変形解析から動的応答解析へと移行し，時間積分スキームの高精度化が求められる中で，行列指数関数とデジタルフィルタを用いた新たな時間積分スキームを開発した．その成果は，査読付き国際会議ICEGEに採択され，現在査読付き国際学術雑誌への投稿を準備している．その他にも複数の関連業績を得ている．
2: おおむね順調に進展している
当初の研究計画を前倒しして達成しているのみならず，国際的に成果を発信することにも成功したため．
今後は，引き続き成果を国内外に発信するとともに，地盤工学・地震工学・植物力学の幅広い領域に波及効果を与えるため，応用研究にも注力する予定である．
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すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)
Scientific Reports
巻: 13 ページ: 7473
10.1038/s41598-023-34025-x
