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

皱纹薄膜的稀疏建模：构建大型膜结构的详细形状估计方法

基本信息

批准号：
22H01644
负责人：
岩佐貴史
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Osaka Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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．

这项研究旨在构建一种从“具有粗空间分辨率的测量点”或“粗有限元模型”恢复褶皱薄膜变形形状的方法。通过此，我们的目标是大幅减少薄膜表面形状估计所需的数据量，并建立一种可抑制计算成本的实用薄膜表面形状估计技术。第一年，我们试图构建一个将“膜应力”（即使在皱纹区域也缓慢变化）与“皱纹形状”联系起来的力学模型。首先，我们推导了将皱纹形状（皱纹幅度和波长）与膜应力联系起来的计算公式，并通过数值模拟验证了其有效性。目标模型是矩形膜的剪切/拉伸模型。首先，针对矩形膜片受到剪切载荷时出现的起皱现象，推导出的计算公式与剪切载荷较小时的实际现象基本一致，证实了其有效性。然而，人们发现，当剪切载荷增大或由于拉伸载荷而出现起皱现象时，计算结果与实际现象之间存在不可忽略的差异。这表明推导的计算公式具有一定的适用性。上述部分成果将在日本机械学会关西分会主办的讲座上发表，明年还将在日本航空学会主办的讲座上发表。另一方面，上述结果基于数值模拟，未来需要通过测量褶皱薄膜的形状来进行实验验证。为此，我们于2022年下半年获得了非接触式形状测量程序，并完成了其运行确认。