2000 Fiscal Year Annual Research Report
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12760168
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
長谷川 英夫 筑波大学, 農林工学系, 助手 (80292514)
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| Keywords | 車両 / 構造解析 / 位相最適化 / フレーム / シェル |
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| Research Abstract |
農業を取り巻く社会的経済的環境が年々厳しさを増すなかで,農業従事者の減少に起因する女性の増加及び高齢化が顕在化し,それらの対応策として農作業の省力化を目的とした種々の見直しが図られている。このような趨勢にあって,基幹動力源である農用トラクタに期待される性能特性にも変化が現れ始め,その研究開発に当たっては人間工学的観点からより良い機能性,快適性,安全性を付与するための総合的設計開発環境の確立が重要視されるに至っている。しかし,従来の農用トラクタに採用されているモノコック型フレームは,機関,動力伝達部,差動装置といった構成要素が支持フレームの役割を果たす一体構造を有するため以下の問題点が存在する。(1)構成要素の安全率を高く見積もり,破壊例の根絶を目指す設計思想で対処しているので質量増は避けられない。(2)構造上,フレーム自体への防振対策が困難なため運転者への振動伝達が著しく,健康の阻害及び作業性などの低下を招く。(3)質量過大のため,燃料消費率が増大するうえに世界の畑作地帯で顕在化している圃場の締固め問題を昂進する。本研究では,上述の社会的背景と当該フレームの問題点を考慮し,既存のトラクタ形態に固執しない設計自由度の高い革新的構造形態を数値シミュレーションにより解析した。
平成12年度は,従来型に比べた軽量化の目標値を30〜40%減に設定し,新素材の採用を視野に入れた数学モデルの構築を行った。さらに,既存機種に対して走破性能及びけん引性能を30%向上させることを目的として,車両の前後分担荷重を任意に変更した数学モデルから最適解を探索した。最適解の探索には,位相最適化(Topological Optimization)という形状最適化の一手法を用いて構造上必要とされる剛性を保ちつつ必要としない部分を削除することで構造物の形状を最適化した。設計変数としては,モデルの寸法値、シェル要素であれば板厚等のリアルコンスタント、材料特性等が挙げられる。状態変数は,境界条件に対する応答で、設計に対する制約を規定し、設計の実現性を評価するために用いた。構造解析では,変形量,応力値,固有振動数等を設定した。目的関数は重量,体積,コスト,変位量,高さを設定した。
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