3次元動的植物体-地盤連成解析手法の開発ー植物に学ぶレジリエント農業水利施設へー

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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．より具体的には，(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．2022年度は，(1)~(3)の全てにおいて著しい進捗が得られた．(1)については，Overset-Mesh Schemeの開発に成功し，その成果はSpringer社の査読付き国際学術雑誌「Journal of Scientific Computing」(IF:2.62, Q1)に2023年1月付で掲載された．また，(2)と(3)を実施し，トウモロコシを対象としてその計測と再現に成功した成果が査読付き国際学術雑誌「Scientific Reports」(IF:4.996，Q1)に2023年3月付でオンライン掲載された．