| 研究課題/領域番号 |
23560250
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
山口 誉夫 群馬大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90323328)
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| 研究分担者 |
藤井 雄作 群馬大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80357904)
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| キーワード | 機械力学・制御 |
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| 研究概要 |
介護者と被介護者にやさしい介護用機械のアームの材料，動特性，作動計画を明らかにするための検討を行っている．平成２３年度および平成２４年度は，生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を表現するために，非線形減衰，非線形復元力を考慮した複素ばねを提案して，有限要素法に組み込み，計算プログラムを開発できた．開発したプログラムで，生体の指を二つの中空断面を持つ粘弾性緩衝材で挟み，アルミ製ブロックを衝突させ応答を計算し動的な復元力特性を求めた．この計算に対応する実験結果を，研究分担者の藤井が提案する浮上質量法で計測し得た．変形の進行にともなう動的な復元力の変化，指の有無による復元力の変化は，実験と計算で一致できた．この緩衝材は，発泡させた柔軟な高分子材料で作られており，そのヒステリシス減衰で衝突エネルギーを熱エネルギーに変換し衝撃を緩和する．さらに緩衝材の断面は中空となっており，衝撃荷重が大きい条件では，座屈して潰れ，その時にエネルギーを吸収できる．ただし，中空部が潰れきると硬くなり衝撃の吸収性能が落ちる．この特性を，非線形ばね定数を複素数で表した非線形複素ばねで計算し表現できた．変形が増すとともに衝撃吸収が増え，座屈により，さらに一段と衝撃吸収が増え，潰れた後に衝撃吸収が減少する特性が，提案する計算モデル，計算法，計算プログラムで表現できることがわかった．さらに座屈と非線形ヒステリシスを有する異なる種類の粘弾性構造について，衝撃応答の実験と数値計算を実施し，モデル化，計算方法，計算コードの検証ができた．ここまでの結果をまとめ，「日本機械学会の機械力学計測制御部門の講演会」３件と「音と振動を用いた監査および診断に関する国際会議」１件，「計算科学と計算工学についての国際会議」1件を発表した．
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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
申請時の当初の計画では，平成23年度(前年度)と24年度(当該年度)で，「生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を実験で把握」．「非線形減衰，非線形復元力を考慮した数値解析用のモデル化と有限要素法への組み込み」を達成することが目標となっていた．今までに，生体あるいは介護機械用高分子材料の非線形領域まで考えた衝撃特性を表現するために，非線形減衰，非線形復元力を考慮した複素ばねを提案して，有限要素法に組み込み，計算プログラムを開発できている．さらに開発したプログラムで，生体の指を二つの中空断面を持つ粘弾性緩衝材で挟み，アルミ製ブロックを衝突させ応答を計算し動的な復元力特性を求め，実験結果と一致する結果を得ている．さらに異なる種類の座屈と非線形ヒステリシスを有する粘弾性構造について，衝撃応答の実験と対応する数値計算を実施し，モデル化，計算方法，計算コードの検証ができている．以上の理由により達成度として「おおむね順調に進展している．」とした．
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| 今後の研究の推進方策 |
平成23年度(前年度)と平成24年度(当該年度)では，生体の指と中空断面の発泡高分子粘弾性緩衝材を組み合わせた系の衝撃応答特性の実験把握と，対応する計算法と計算プログラムの開発と検証ができている．さらに異なる種類の座屈と非線形ヒステリシスを有する粘弾性構造について，衝撃応答の実験と数値計算を実施し検証ができている．平成25年度(次年度)では，それまでに得られた結果を吟味し，介護用機械を模擬したアームと生体，高分子材の衝突評価装置を作成する．その実験解析，数値解析から介護者と被介護者にやさしい介護用機械のアームの材料，動特性，作動計画を明確にしていく．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
平成25年度(次年度)では，それまでに得られた結果を吟味し，介護用機械を模擬したアームと生体，高分子材の衝突評価装置を作成し実験していく予定であるので，そのための消耗品(材料，電気・電子部品，機械部品etc.)に研究費を使用する予定である．平成24年度に掲載を予定していた関連論文の校閲が，予定よりも長くなり，年度をまたいでいる．平成24年度の研究費の残額は，その掲載費用などにあてる．さらに，新らたに得られた成果についての学会発表や情報収集のための旅費に，研究費を使用する予定である．
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