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テラメカニックス

テラメカニックス

テラメカニックスの主要な課題である土と機械の接触相互作用について,計算力学の手法,すなわち離散要素法(DEM),有限要素法(FEM)とDEMの結合解析を剛性車輪,タイヤ,履板を主な対象として,土の変形と車輪や履帯の性能解析,さらに将来の月惑星探査車両の走行性能予測法の研究を行ってます.

農業機械や建設機械など舗装道路外のところで土や砂礫を対象に仕事をする車両(これをオフロード車両という)の持つ性能は,地面と機械部分との間の力学的な相互作用によって決ります.この相互作用は地面と機械の接触面に作用するもので,力学的には解析の困難な非線形問題の一つです.車両の走行性能の問題では,コーン貫入試験を用いた走行可能性予測という実験的手法が支配的であった従来の問題解決法を,進化させたのが半経験的手法として知られるBekker法です.接触面での法線力(圧力)と接線力(せん断力)を分離してそれぞれ数式で表記できると仮定したところが,Bekkerの慧眼である。この手法は数式表現を用いた点,また用いられるパラメータ(土壌常数)が容易に計測できることにより,現在では計算機を用いた走行性能予測手法として特に履帯型車両について多用されています.近年着目されているのが性能が向上しているパソコンによる計算力学です.構造解析分野で発展してきた連続体モデル解析手法である有限要素法(FEM)は,タイヤのトレッドパターンの影響が無視できる場合は性能予測にも適用可能です.農用トラクタ・タイヤのように,特徴的なラグ(トレッド)の凹凸を有するような場合は,土の離散的粒状体的性質を容易に考慮できる離散要素法(DEM)による数値解析が有望です.
当研究室では,土と機械の相互作用を計算力学を利用して解明する試みとしてDEMとFEM-DEMをテラメカニックスへ応用しています.具体的には履板,タイヤおよび切削刃による土の変形と境界力の数値解析,解析精度を確認するためのタイヤのけん引性能検証実験,DEMの解析精度の向上を目的とした疑似材料を用いたコーン貫入抵抗実験とDEM解析,さらに将来の月惑星探査車両のためのラグ車輪の低重力条件時の走行性能解析を行っています.