空間周期性の構造安定論的解釈と合理化社会・構造システム設計思想のパラダイムシフト

私たちの身の回りにある自然現象には、数多くの不思議な「空間周期パターン」が何気なく存在する。しかしその何気ない空間周期パターンの発生には、いずれも何らかの合理的意味・力学的必然性があると考えられる。本研究はこの空間周期パターンを形成する性質（＝空間周期性）を構造力学・構造安定論的見地から深く洞察し、その存在理由・根源的意味を理論的に解釈するとともに、その新知見を基盤とする従前まで当たり前とされた概念を覆す社会・構造システム設計思想の構築を目的とする。この研究目的を達成するために、５年間の研究計画の第４年度である2021年度も初年度から第３年度に引き続き研究代表者・分担者間で密な議論を行い以下の空間周期性に関わる構造力学研究を実施し、主に植物模倣科学の観点から以下の成果を挙げた。・空間周期性を有する植物の代表的なものの一つである竹について検討を進めた。具体的には、「竹竿」の曲げ特性を、独特なテーパー形状との関係性から大変形解析により明らかにし、竹の形状が曲げ応力を効果的に低減していることを示した。・自重座屈の観点から、樹木の限界高さに関する力学理論を構築することを試み、枝葉が自身の幹の高さを増すのに効果的に配置されていることを解析的に実証した。・フキなどの断面内に周期性を有する形態の解析に着手し、その力学的合理性の一端を明らかにした。特にフキの独特な馬蹄形断面が、荷重の非対称性（葉が特定の方向についている）と密接に関係していることを新たに示した。さらに、非円形断面を有する植物の断面形状を解析的に表示するGielis曲線の導入により、新しい定式化を試みた。

私たちの身の回りにある自然現象には、数多くの不思議な「空間周期パターン」が何気なく存在する。しかしその何気ない空間周期パターンの発生には、いずれも何らかの合理的意味・力学的必然性があると考えられる。本研究はこの空間周期パターンを形成する性質（＝空間周期性）を構造力学・構造安定論的見地から深く洞察し、その存在理由・根源的意味を理論的に解釈するとともに、その新知見を基盤とする従前まで当たり前とされた概念を覆す社会・構造システム設計思想の構築を目的とする。この研究目的を達成するために、５年間の研究計画の第４年度である2021年度も初年度から第３年度に引き続き研究代表者・分担者間で密な議論を行い以下の空間周期性に関わる構造力学研究を実施し、主に植物模倣科学の観点から以下の成果を挙げた。・空間周期性を有する植物の代表的なものの一つである竹について検討を進めた。具体的には、「竹竿」の曲げ特性を、独特なテーパー形状との関係性から大変形解析により明らかにし、竹の形状が曲げ応力を効果的に低減していることを示した。・自重座屈の観点から、樹木の限界高さに関する力学理論を構築することを試み、枝葉が自身の幹の高さを増すのに効果的に配置されていることを解析的に実証した。・フキなどの断面内に周期性を有する形態の解析に着手し、その力学的合理性の一端を明らかにした。特にフキの独特な馬蹄形断面が、荷重の非対称性（葉が特定の方向についている）と密接に関係していることを新たに示した。さらに、非円形断面を有する植物の断面形状を解析的に表示するGielis曲線の導入により、新しい定式化を試みた。