3次元動的植物体-地盤連成解析手法の開発ー植物に学ぶレジリエント農業水利施設へー

开发3D动态植物-地面相互作用分析方法 - 向植物学习以实现弹性农业灌溉设施 -

基本信息

批准号：
22K14964
负责人：
友部遼
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は，植物が獲得してきた力学的最適化メカニズムを農業水利施設設計に利活用するための，物理数値シミュレーション基盤を創出することにある．より具体的に，本研究は，(1)動力学に基づく植物-地盤系の数理モデルの構築，(2)有限要素法による物理数値シミュレータの開発，および(3)シミュレータを用いた，植物構造の減衰機構の探究，の3点を行う．より具体的には，(1) 多数の節からなる植物構造とその基礎地盤を一体として扱える数理モデルとして，既存のNodeTo-Segment法を拡張した Overset-Mesh Schemeを開発し，解析解の求められる動的問題についてその精度検証を行う．(2) (1) に基づく物理数値シミュレータを開発し，並列計算環境を用いてその高速化と，中規模問題に対する精度検証を行う．(3) 実際の植物体/植物根系 3D データを用いて，植物構造の動的応答をシミュレーし，その固有振動数，周波数応答特性，減衰特性を明らかにする．2022年度は，(1)~(3)の全てにおいて著しい進捗が得られた．(1)については，Overset-Mesh Schemeの開発に成功し，その成果はSpringer社の査読付き国際学術雑誌「Journal of Scientific Computing」(IF:2.62, Q1)に2023年1月付で掲載された．また，(2)と(3)を実施し，トウモロコシを対象としてその計測と再現に成功した成果が査読付き国際学術雑誌「Scientific Reports」(IF:4.996，Q1)に2023年3月付でオンライン掲載された．

这项研究的目的是创建一个物理数值模拟基础，以利用植物在农业灌溉设施设计中获得的机械优化机制。更具体地说，这项研究涉及三个点：（1）基于动力学的植物地球座系统的数学模型，（2）使用有限元方法开发物理数值模拟器，以及（3）使用模拟器探索植物结构的阻尼机制。更具体地说，（1）我们将开发一种占用网状方案，该方案扩展了现有的nodeto-segrent方法，作为一种数学模型，可以处理大量节点及其基础基础作为整体部分，并验证分析解决方案所需的动态问题的准确性。（2）我们基于（1）开发物理数值模拟器，并使用并行计算环境加快系统并验证中型问题的准确性。（3）使用实际的植物体/植物根系3D数据，我们模拟植物结构的动态响应，并阐明其固有频率，频率响应特征和阻尼特性。在2022财政年度，所有（1）至（3）取得了重大进展。 Regarding (1), the development of the Overset-Mesh Scheme was successful, and the results were published in Springer's peer-reviewed international academic journal "Journal of Scientific Computing" (IF:2.62, Q1), dated January 2023. Furthermore, the results of successful measurement and reproduction of corn using (2) and (3) were published online in the peer-reviewed international academic journal Scientific Reports (IF: 4.996, Q1）2023年3月。