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方法，用于恢复从“粗空间分辨率测量点”或“粗空元素模型”中皱起的薄膜的变形形状。这旨在显着减少估计膜表面形状所需的数据量，并建立一种实用的膜表面形状估计技术，以降低计算成本。在第一年，我们试图构建一种连接“膜应力”和“皱纹形状”的机械模型，即使在皱纹区域也会缓慢波动。首先，我们得出了一个计算公式，该公式将皱纹（折痕振幅和波长）和膜应力连接起来，并通过数值模拟验证其有效性。目标模型是矩形膜的剪切和拉伸模型。首先，对于由于剪切膜施加剪切荷载而引起的皱纹现象，当剪切载荷很小时，得出的计算方程通常与实际现象匹配，并确认了这一点的有效性。但是，发现当剪切负荷增加或由拉伸负荷引起的皱纹现象时，计算结果与实际现象之间存在非负差异。这表明派生公式有一个应用范围。以上一些结果将在机械工程师协会的Kansai分会主持的演讲中介绍，并将在明年将于明年举行的航空航天科学协会主持的演讲中介绍。另一方面，以上结果基于数值模拟，将来有必要通过测量皱纹薄膜的形状来实验验证结果。为此，我们在2022年下半年获得了非接触式形状测量程序，并完成了操作确认。