Research on the property of the power generated by living plant tissue and the pneumatic tensile structure inspired by plant stem

本研究は(1)植物組織である茎の伸長を力学的に解明し、(2)植物組織のしくみを応用した空気膜構造を提案・検証することを目的としている。(1)では、実験結果を計算で再現するため、植物茎の伸長により障害物を押しのける力や蓄積された歪エネルギーを計算した。熱膨張は茎の生長で再現し、一方向に拡大する主茎を弾性体と仮定した。接触問題でも解が安定する陽解法を用いて伸長力を求めた。しかし、以下の問題により、現在のままでは得られた知見が意味をなさないと判断した：1.見通しが高い障害物との接触で茎に曲げが生じているため純粋な伸びとは言えず、伸長力の定義が明確でない。2.測定試験は1回のみ行ったのに対し、植物生理学ではふつう試験体数を10以上用意する等、分野における慣例の違いがある。上記により、計画にあったトラスモデルは未制作である。(2)では、ワイヤ配置およびエアチューブのアスペクト比を変化させた試験体を制作し、載荷試験を行った。試験では、ワイヤ配置により耐荷重が変化した。例えば、ワイヤがエアチューブと平行な配置(II型)と交差する配置(X型)を比べると、アスペクト比が３の場合にはII型の耐荷重はX型よりも小さかった。次に、実験結果を模擬するために有限要素計算を行った。偏心距離を唯一の初期不整量として与えて計算したが、実験に比べて初期不整量が過大であり、同時に軸力変動を模擬できなかったことから、形状不整を与える必要があると判断した。例えば長さの1%の辷り変形を不整として与えるとワイヤの軸力変動をよく再現できた。計画では空気プレストレス構造をシェル構造に応用するとしていたが、より実現しやすいアーチに変更した。アーチは柱型の空気プレストレス構造を４個つないだものであり、スパン4.7m、高さ1.7m、基礎を除いた自重30kgである。載荷試験を通して、この構造形式がアーチにおいても有効だと示した。

本研究は(1)植物組織である茎の伸長を力学的に解明し、(2)植物組織のしくみを応用した空気膜構造を提案・検証することを目的としている。(1)では、実験結果を計算で再現するため、植物茎の伸長により障害物を押しのける力や蓄積された歪エネルギーを計算した。熱膨張は茎の生長で再現し、一方向に拡大する主茎を弾性体と仮定した。接触問題でも解が安定する陽解法を用いて伸長力を求めた。しかし、以下の問題により、現在のままでは得られた知見が意味をなさないと判断した：1.見通しが高い障害物との接触で茎に曲げが生じているため純粋な伸びとは言えず、伸長力の定義が明確でない。2.測定試験は1回のみ行ったのに対し、植物生理学ではふつう試験体数を10以上用意する等、分野における慣例の違いがある。上記により、計画にあったトラスモデルは未制作である。(2)では、ワイヤ配置およびエアチューブのアスペクト比を変化させた試験体を制作し、載荷試験を行った。試験では、ワイヤ配置により耐荷重が変化した。例えば、ワイヤがエアチューブと平行な配置(II型)と交差する配置(X型)を比べると、アスペクト比が３の場合にはII型の耐荷重はX型よりも小さかった。次に、実験結果を模擬するために有限要素計算を行った。偏心距離を唯一の初期不整量として与えて計算したが、実験に比べて初期不整量が過大であり、同時に軸力変動を模擬できなかったことから、形状不整を与える必要があると判断した。例えば長さの1%の辷り変形を不整として与えるとワイヤの軸力変動をよく再現できた。計画では空気プレストレス構造をシェル構造に応用するとしていたが、より実現しやすいアーチに変更した。アーチは柱型の空気プレストレス構造を４個つないだものであり、スパン4.7m、高さ1.7m、基礎を除いた自重30kgである。載荷試験を通して、この構造形式がアーチにおいても有効だと示した。