柔な構造の生成法及びその非線形力学的特性に関する研究

研究課題「柔な構造の生成法及びその非線形力学的特性に関する研究」について,本年度は以下のような研究に取り組んだ。(a)釣合い経路を指定したコンプライアントメカニズムの生成法の開発(b)柔な構造の建築免震構造への利用(a)については,代表的な柔な構造であるコンプライアントメカニズムについて,大変形を伴うことで非線形な荷重変形関係(釣合い経路)を呈する特徴に着目し,指定した釣合い経路を有するような新しい構造物を設計する手法を提案した。グランドストラクチャ法に基づくトラス構造のトポロジー最適化問題として,全部材体積最小化問題と指定経路への誤差総和最小化問題の2種類を定式化し,それを解くことで指定定釣合い経路を有する構造を生成できることを示した。(b)については,上記の研究によって得られた指定釣合い経路を有するような建築構造における利用例として、免震システムへの適用を検討した。メカニズムを支承部に配置したせん断型構造モデルとアーチ状トラス構造に対して、ホワイトノイズあるいは記録地震波を入力して時刻歴応答解析を行い、水平方向および鉛直方向の地震動に対する応答加速度を低減するために、コンプライアントメカニズムを有効に利用できることを明らかにした。従来の免震構造は、上下方向入力に対する利用が困難であったため、本手法は、上下動に対する応答低減が重要となる大空間構造や精密機器の免震のために有効に利用できることを示した。

研究課題「柔な構造の生成法及びその非線形力学的特性に関する研究」について,本年度は以下のような研究に取り組んだ。(a)釣合い経路を指定したコンプライアントメカニズムの生成法の開発(b)柔な構造の建築免震構造への利用(a)については,代表的な柔な構造であるコンプライアントメカニズムについて,大変形を伴うことで非線形な荷重変形関係(釣合い経路)を呈する特徴に着目し,指定した釣合い経路を有するような新しい構造物を設計する手法を提案した。グランドストラクチャ法に基づくトラス構造のトポロジー最適化問題として,全部材体積最小化問題と指定経路への誤差総和最小化問題の2種類を定式化し,それを解くことで指定定釣合い経路を有する構造を生成できることを示した。(b)については,上記の研究によって得られた指定釣合い経路を有するような建築構造における利用例として、免震システムへの適用を検討した。メカニズムを支承部に配置したせん断型構造モデルとアーチ状トラス構造に対して、ホワイトノイズあるいは記録地震波を入力して時刻歴応答解析を行い、水平方向および鉛直方向の地震動に対する応答加速度を低減するために、コンプライアントメカニズムを有効に利用できることを明らかにした。従来の免震構造は、上下方向入力に対する利用が困難であったため、本手法は、上下動に対する応答低減が重要となる大空間構造や精密機器の免震のために有効に利用できることを示した。