自然形態の力学的特性解明とその特性を適用したシェル形状最適化；二枚貝を対象に

阐明自然形态的机械特性并应用这些特性优化贝壳形状；

• 批准号: 22KJ1440
• 负责人: 生越 季理
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1440/
• 关键词: 生体模倣技術; イメージベース有限要素解析; 3D造形

本年度は昨年度行った、貝殻形状の有限要素解析を行う上で障壁であった計算負荷削減のためのモデル改良について、その有効性確認を実施した。ソリッド要素からシェル要素への変更により、計算負荷が90％以上削減され、結果についても変更後モデルの有効性が確認されたため、改良後のモデルを用いた動的解析を行った。モデル改良の手法とその有効性については、予定通り国際学会にて発表を行った。また、動的解析については改良後のモデルを用いて、振動固有値解析および時刻歴応答解析を行い、振動固有値解析の結果について、次年度開催予定の国際学会にて発表するため、投稿準備を行っている。時刻歴応答解析については、その結果の妥当性や考察を行っている。貝殻形状の力学的特性を探るため、本年度は半球ドーム形状の有限要素モデルも作成し、同様の動的解析を行った。双方の結果を比較することで、貝殻形状特有の性質を探っている。また、最終年度に予定している形状最適化に向け、初期形状の作成や、基礎となる最適化アルゴリズムの設定およびプログラムの作成を進めた。定式化についても、特性の考察とともに、構想を練っている。加えて、解析対象としているトリガイ試料について、標本化を進め、特性の定量化に必要と考えている数量および月齢の標本化が完了した。トリガイ試料についてCT撮像やモデル化を進め、3Dプリンタによる印刷造形なども試行し、貝殻形状の力学的特性解明のため、加力実験も行った。

今年，我们确认了去年为减少计算负荷而进行的模型改进的有效性，计算负荷是执行壳形状有限元分析的障碍。通过将实体单元改为壳单元，计算负荷减少了90%以上，结果证实了更改模型的有效性，因此使用改进的模型进行动力分析。模型改进方法及其有效性按计划在国际会议上展示。此外，在动态分析方面，我们使用改进后的模型进行了振动特征值分析和时程响应分析，并准备在明年举行的国际会议上提交振动特征值分析结果。关于时程响应分析，正在讨论结果的有效性和考虑因素。为了探索壳体形状的力学性能，今年我们还创建了半球形穹顶形状的有限元模型，并进行了类似的动力学分析。通过比较两种方法的结果，我们正在探索壳形状的独特属性。此外，为了准备最后一年的形状优化，我们进行了初始形状的创建、基本优化算法的设置以及程序的创建。关于制定，我们也在考虑其特点并制定一个概念。此外，我们还对分析对象的三角形样本进行了采样，并完成了量化其特性所需的数量和年龄的采样。我们对贝类标本进行了 CT 成像和建模，尝试用 3D 打印机进行打印，并进行力实验来阐明贝壳形状的力学特征。

项目成果

水平荷重作用下でのトリガイの応力解析

水平载荷作用下扳机拉杆的受力分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 生越季理 ; 寺西正輝 ; 松原独歩
• 通讯作者: 松原独歩