リンクルの有限要素解析における膜面の圧縮剛性の導入

Abstract

膜構造は次世代の展開大型宇宙構造物の構造様式としてここ数年来、非常に注目されており、開発が進められてきている。膜面の変形の最大の特徴は、局所的な曲げ座屈によりリンクル(しわ)が発生しやすい点にあり、膜面を構造部材、あるいは何らかのミッションに利用する場合、リンクルによる影響を考慮する必要がある。従来、膜面は、曲げを無視して平面応力モデルで解くモデルと、曲げ応力も考慮できるシェルモデルで解くモデルとが提案されてきている。シェルモデルは、曲げ座屈後のリンクル詳細な変形形状を模擬することができる。これに対し、平面応力モデルでは曲げ座屈は考慮できないが、リンクルの発生する方向の剛性を0とする、いわゆる張力場の仮定を用いることで、リンクルが発生している領域を予測できると一般に言われている。さて、シェルモデルによる詳細な応力解析によれば、リンクルが発生している領域でも膜面にはわずかながら圧縮応力が作用しており、張力場の仮定は成り立たないことが指摘されている。また、実際に膜面の変形解析を行ってみると、張力場を仮定した場合には、膜面か過度に縮む(シュリンクする)現象が発生することが多い。そこで本研究では、平面応力モデルにおいて、リンクル方向の剛性を0とするのではなく、わずかに圧縮剛性を持たせることでシュリンクを回避する、剛性低減モデルを提案し、シェルモデルによる結果と比較することで、剛性低減モデルの妥当性について議論する。