堀 徳源

堀, 徳源

C-RECS （Creative Repository of Electro-Communications)

                                 修 士 論 文 の 和 文 要 旨  大学院電気通信学研究科  博士前期課程       知能機械工学専攻 氏     名  堀 徳源  学籍番号 0334047  論 文 題 目   風荷重を受ける樹木の根の有限要素解析   要  旨    樹木は自然界から受ける外力に対抗するため、荷重の作用を低減させる自己最適化、自己修復かなどの能力を持ち、周囲の変化に応じて幹や根など各部分を適応変化させている。樹木の持つこのような合理的な最適構造形態は、建築や機械などの分野への応用が期待できる。本研究は、樹木の根の構造形態について注目し、その最適構造形態を明らかにしょうとする一研究である。  ケヤキとクロマツという2種類の樹木に対して、自重と風荷重を与えた時の樹木モデルに働く応力を2次元有限要素解析法（FEM）で解析した。ケヤキの根系の形態は小・中径の水平根型、垂直分布は浅根型、分岐は多岐型で、土壌保持力は大きいのに対して、クロマツの根系の形態は大型の垂下根型、垂直分布は深根型、分岐は中間型で、土壌保持力は小さい。このように、根系の特徴が相反するものを選んだ。  FEMモデルは根系・地上部・土壌で構成され、根系と地上部は図鑑や写真を参考にしながら作成した。モデルは等方性を仮定し、文献よりヤング率・ポアソン比・密度を与えた。各樹種に対して、根と土壌がリジッドに結合している状態、摩擦を持って接触している状態、なめらかに接触している状態の3通りのモデルを作成し、自重・風荷重を与えて解析を行なった。  樹木の根の有限要素解析より以下のことが分かった： ① 根に働く最大主応力の最大値は常に根系の上部に位置する。中でも、大きな風荷重を受けると風を受ける側の根元で働くようになる。 ② 根と土壌とがなめらかに接触している状態の方が根と土壌とがリジッドに結合している状態よりも根に働く最大主応力が大きいことから、根は土壌との結びつきによって応力の拡散を行なっている。 ③ 風荷重を受けることによって、ケヤキの根の周辺土壌では広範囲に渡って大きな最大せん断応力が働くようになる。 ④ 風荷重を受けることによって、クロマツの根の最下部周辺土壌にまで大きな最大せん断応力が働くようになることから、クロマツ根の最下部も応力を分散する役割を持っている。  

風荷重を受ける樹木の根の有限要素解析

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風荷重を受ける樹木の根の有限要素解析

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