皺の生じた薄膜のスパースモデリング：大型膜構造物の詳細形状推定法の構築に向けて

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本研究は，「空間分解能の粗い計測点」或いは「粗い有限要素モデル」から皺の生じた薄膜の変形形状を復元する方法論を構築するものである．これにより，膜面形状推定に必要なデータ量を大きく削減し，計算コストを抑えた実用的な膜面形状推定技術の確立を目指す．初年度は，皺領域でも緩やかに変動する「膜応力」と「皺の形状」とを繋ぐ力学モデルの構築を試みた．まず，皺の形状（皺振幅と波長）と膜応力をつなぐ計算式を導出し，その妥当性を数値シミュレーションにより検証した．対象としたモデルは矩形膜のせん断・引張モデルである．まず，矩形膜にせん断負荷を与えて生じる皺現象に対しては，せん断負荷の大きさが小さい場合には導出した計算式は概ね実際の現象と一致しており，その妥当性が確認できた．しかし，せん断負荷が大きくなる場合や引張負荷によって生じる皺現象に対しては計算結果と実際の現象との間に無視できない差が生じることが分かった．これにより導出した計算式の適用範囲が存在することが明らかとなった．上記の結果の一部は機械学会関西支部が主催する講演会にて発表を行い，また次年度に開催される航空宇宙学会主催の講演会のにおいても発表予定である．一方，上記の結果は数値シミュレーションに基づくものであり今後は皺の生じた薄膜の形状計測を通して実験的に検証していく必要がある．そのための準備として2022年度後半には非接触式の形状計測プログラムを入手するとともにその動作確認を終えた．