Gossamer宇宙構造物を対象とした革新的シミュレーション技術の創出

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K18941
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 中篠 恭一 東海大学, 工学部, 准教授 (60408028)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: 宇宙膜面構造物 / アイソジオメトリック解析 / 有限要素法 / 膜構造 / 張力場理論 / 膜面のしわ / 座屈 / 分岐

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，従来の有限要素法に代わる新規構造解析技術として注目を集めているIsogeometric解析を柔軟膜面の構造解析に応用し，Gossamer構造物を対象とした高性能・高精度な革新的構造シミュレーション技術を創出することを目的としている．
研究初年度にあたる本年度は，当初の計画に沿って柔軟膜面を対象としたIsogeometric解析コード基本部の開発，ならびに同解析コードへの張力場理論の導入を行った．現在は数値解析用スクリプト言語を中心として解析コードの開発を行っており，NURBS基底関数を利用した形状表現のために必要となる基本ライブラリ，ならびに構造解析を実施するために必要となる数値積分ルーチンや非線形方程式の反復解法ルーチン等，解析コードの基礎にあたる部分の開発は一通り完了し，さらに膜面の構成則に張力場理論にもとづく修正を加えるルーチンも導入を終えている．ただし，同コードを用いてしわの発生する膜面の構造解析を行うと，反復計算過程において良好な収束が得られないことが判明し，現在その原因を調査中である．しわの発生する膜面を解析する際に収束性が損なわれることから，現コードにおける収束性の問題は，しわに起因する非線形性と密接な関連をもっているものと推測される．当初計画では，本年度中に理論解による検証作業までを終了させることとなっていたが，同検証作業には着手できておらず，進捗はやや遅れている．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初計画では，理論解との比較を通じて解析コードの検証作業までを終了する予定となっていたが，現在この検証作業に着手できておらず計画はやや遅れている．しわの発生するような膜面の非線形応答を解析する際に，現在の解析コードでは良好な収束が得られないことが判明しており，その原因を考察した後に上記の検証作業に着手する予定である．

Strategy for Future Research Activity

有限要素法とは異なり，NURBS基底関数に基づくIGAでは離散化の自由度が高く，この点も高い収束性が得られる条件を確定する際の障害になっていると考える．今後は，単純形状の膜面を対象としたベンチマーク解析に限定して早期に原因を究明し，次年度以降の計画にある極薄肉シェル構造物の解析へと研究を進める予定である．

Causes of Carryover

本研究計画が採択されたのち，学内の研究派遣制度の適用によって平成30年度の1年間，国外にて研究活動に従事することが決定した．研究環境の大幅な変化に伴い，本研究課題遂行に必要な物品を出国前に購入する必要があり，このため本年度に前倒し請求を行った．しかしながら実際は，当初想定した請求額以下で必要物品を調達することができ(前倒し請求後，間接経費の一部が大学から支給されたことが主なる理由である)，このため次年度使用額が生じた．研究環境が大幅に変化することを受けて，購入物品の見直しも一時検討していたが，次年度使用額を30年度に使用することで，当初と同等の研究設備を調達することが可能であると考えている．