相互作用と階層性をもつ構造物システムについての研究

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次世代構造物のモデルとして自然界によく見られる自己相似性をもつ構造物をとりあげ,そのうちSierpinski-Gasket型トラスについてその力学的特性を解析し,1)境界・荷重条件の変動に対してロバストな構造である,2)異なる境界条件や荷重条件に対しても応力集中がおこりにくい,3)構造の規模の変化に対しても内力の最大値や内力分布が一定であることを明らかにした.これらの性質は能動構造物として適していることを意味し,次世代適応構造物の幾何形状として有効である.一方,自己相似性は幾何学的な制約条件が厳しいので,これを拡張した階層モジュラー構造システムを提案し,その幾何学的特性と力学的特性を明らかにした.大規模宇宙構造物として将来有望なモジュラー構造物に幾何学的対称性を考慮した簡単なアルゴリズムによる構成法を導入することで,構造物に階層性を導入し,自由度を秩序化することを提案した.このシステムでは,自己相似性と同様全体と部分における幾何学的対称性が維持され,また規則的な空隙配置によって重量を低減できる.また,同一形状のモジュールから対称性をもつ多様な構造物システムの編成が可能となり,ミッション要求に応じた幾何学形状および力学特性をもつ構造物の選択や,モジュールの再利用にも対応できる.さらにモジュール間およびモジュール群間に具体的な結合部材を用いて個々のモジュールの自由度をある程度保証し,こうした構造物への自律分散概念を導入した.その結果,能動行動による構造自身の形状変化や境界・荷重条件など環境の変化に対してロバストなシステムを構成することが可能となった.また,能動構造物として展開構造物を取り上げ,自然界の展開構造物である昆虫の羽化とコウモリの翼膜を観察することで,次世代知的適応構造物にミクロな膜面の折り畳みを導入したインフレータブル構造や伸縮膜構造が考えられることを提案した.