hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体分子系に対する軟エックス線分光理論計算

計算はすでに田中、泉らによって実験報告のあるアラニン、セリンについて行う。内殻二重イオン化状態の計算は密度汎関数レベルの計算についてはほぼ目的は達成した。まずXNCD法について述べる。初年度の目標は新規コード開発とそのテスト計算であった。当初計画どおり研究は進行中である。次に内殻二重イオン化状態(DCH)の計算について述べる。こちらは当初計画よりかなりすすんでいる。当初目標はDFT法レベルでのDCH状態計算の精度評価および小さな分子に対する応用であった。研究は順調に進み、DCH状態計算に関する論文を23年度に計4報(そのうち本科研費の補助機関で2報)報告できた。小さな分子に対する応用が早期に成功を修めたので、次により大きな分子に対する応用として、核酸分子を選択した。核酸分子の実験は23年度にスタンフォードにあるLCLSで実際に行われ、現在データ解析が行われている。本実験には本科研費助成により私も参加できた。私の計算はいい参照データとなった。XNCD法について、現在第1報をまとめている。次に液体状態のシミュレーションを行う。二重正孔状態の理論計算では、光電子と同時に観測されるオージェ過程の理論計算を行う。実際の計算はLCLSで実験が行われているアミノフェノールについて行う。上で述べたように現在のところXNCD法は当初計画どおりに、DCH状態の計算は当初計画より研究は進んでいる。XNCD法については、実験スペクトルとの比較を目指し、結晶状態におけるアミノ酸に対し理論計算を行う。DCH状態の理論計算では、系統的に分子種、化学結合状態、を変え、計算を行うことにより、化学結合の本質にせまる。次にDCH状態の理論計算にも構造変化の影響は重要であろうと思われる。構造変化をあらわに考慮したDCH状態の理論計算について検討をはじめる。DCH状態の研究の進捗が当初計画よりすすんでいるため、次の段階へ研究をすすめる。次年度は3年間の研究の最終年度であり、予算は多く計上しなかった。主に消耗品と学会発表による国内旅費に使用する。初年度の研究は当初計画どおり進行中である。次年度にも初年度に導入した演算サーバと同レベルの演算サーバを導入し、研究室内における演算機能の強化を図る。また、サーバを安定して運用するため無停電電源装置を導入する。その他はいくつかの学会に出席するため、また研究打ち合わせのため国内旅費、海外旅費に使用する。
新素材の光学評価のためのコヒーレント検出法の研究

本研究は、不透明で散乱の強い場合のニューセラミックスや超高純度半導体などの新素材に適用して、その光学的情報を抽出するための基礎的な研究を行うことを第一の目的とした。さらに、本方法が本質的に持っている、2次元画像情報(分布測定)の検出も試み、その後測定点を空間的に移動して2次元的な散乱光強度情報を抽出した。まず、ヘテロダイン検出法に基づき、光周波数シフタによって僅かな周波数変移を与えられたコヒーレントなHe-Neレーザー光を用いて、散乱体からの散乱光を高感度に検出するシステムを確立し、さらに2次元的な試料内部の吸収等の分布計測を試みた。具体的にはマッハツェンダー型の干渉計の中に測定試料を配置し、その測方散乱光成分を光りヘテロダイン検出した。この信号は非常に弱いため、SN比が極めて小さく測定のダイナミックスレンジも小さくなった。そこで、平衡検出法を用いてダイナミックレンジを大幅に広げることができた。試料として、プラスチック消しゴムと、レーザー用のルビー結晶を用いた。その結果、初めて測方散乱光を光ヘテロダイン検出することに成功した。また、試料を2次元的に走査することにより、散乱光強度の2次元分布を捉えることに成功した。CCDカメラを用いた場合には表面からの散乱光が捉えられるのに対して、本方法では明らかに測方散乱光成分のみが測定されていることが認められ、新素材評価のための新しい方法としての有効性が確認された。
自己組織化による二次元超分子パターン構築プロセスの開発

種々の合成両親媒性化合物のクロロホルム溶液をグラファイト基板上に滴下し、乾燥させた。この基板の原子間力顕微鏡観察を行って、固体基板上における分子組織化挙動について検討した。その結果、アンモニウム親水基を有し、かつ3個のアミド基を有する脂質がグラファイト表面上に三回対称を有するエピタキシャル結晶化することを見いだした。このエピタキシャル結晶の幅は35-45nm,長さは180-300nmであり、また結晶の厚みは、クロロホルム溶液の濃度に依存して変化し、一分子厚み(0.3-0.6nm)のエピタキシャル結晶を作製することも可能であった。次に、グラファイト上のエピタキシャル結晶を脂質の融点以上にまで加熱し、ついで徐冷することによる構造変化について調べた。加熱処理を施すことによって、長さ2500nm以上,幅40-55nmのテープ状超構造がグラファイト表面に配向することが明らかとなった。このことは、脂質がグラファイト表面に平行に一分子厚みの二分子膜として自己組織化することを意味する。さらに、アルキル鎖長の異なる類似のアンモニウム脂質について同様の原子間力顕微鏡観察を行ったところ、アミド基のみならずナフタレン発色団のように分子間力を増大させる構造要素があれば、グラファイト基板上におけるエピタキシャル結晶化、ならびに加熱処理による二次元メゾスコピック構造への構造変化がおこることが確認された。本手法は簡便な操作により任意の基板上に分子的厚みの超分子パターンを構築できることから、分子建築の基礎を与えるものである。本研究は、固体表面上に二次元分子パターンを自発的に形成するための、新しい自己組織性分子を開発し、その分子組織状態を制御する手法を開発することを目的とした。得られた結果は以下の通りである。(1)固体表面に吸着して、特異的に二次元自己組織化する両親媒性分子として、グルタミン酸骨格を有し、アンモニウム親水基を含むトリアミド型両親媒性化合物を合成した。この化合物をクロロホルム等の有機溶媒に溶解させると、50mM程度の濃度に於いて、オルガノゲルを形成した。(2)このオルガノゲル表面にグラファイト基板をのせ、ついで剥離した表面の原子間力顕微鏡(AFM)観察を行ったところ、ナノサイズのらせんやファイバー等の高次構造体が観察された。このことは、オルガノゲルの表面構造がグラファイト上に転写されたことを意味する。従来ゲルの構造観察は電子顕微鏡など、染色剤の存在下、高真空下で観察されており、本手法はゲル表面構造を研究するための新規方法論となることが明らかとなった。(3)上記トリアミド型化合物を、希クロロホルム溶液(0.1mM)として、グラファイト基板上に滴下、乾燥させた。AFM観察に於いては、グラファイト面の格子構造を反映し、互いに120°の角度で接触した結晶がエピタキシャル的に生長していることが明らかとなった。結晶の厚みは8nmであり、脂質二分子膜の厚みとほぼ一致する。同様な実験をエステル型の化合物で行ったところ、このようなエピタキシャル結晶化は観測されなかった。即ち、アミド基間の水素結合により、グラファイト基板に滴下するのみでエピタキシャル的に、二次元分子膜結晶が形成できることが明らかとなった。
マグマ-水蒸気爆発に伴う津波の発生機構に関する研究

爆発地震や空振といった火山噴火に伴う様々な現象を調べることは,実際のマグマ水蒸気爆発を評価するための有効な手段の一つである.事例は少ないが,津波もそうした現象の一つ.最近では,1994年ラバウル噴火の際に津波が観測された.この津波の原因は,バルカン火山の噴火で発生した火砕流がシンプソン港へ流入したこと,および,海岸付近に開いた火口からの噴火と考えられている.ここでは,いくつかの波源モデルを仮定して津波を計算し,波形や波高分布と,擾乱の起きる範囲,継続時間,大きさ,場所といった波源の特性との関係を調べた.その結果,津波波形の周期は擾乱の継続時間が長くなると延びること,津波の振幅分布パターンは擾乱の継続時間,擾乱源の場所によってある程度変化することがわかった.これらは,津波の波高分布から,原因となった擾乱源の特性(噴火の特性)を評価できることを示している.一方,データとして津波を用いることには,他にないメリットがある.それは,津波は痕跡として堆積物を残すことがあるため,歴史時代のイベントについても波高分布を求め,それに基づいて原因となった噴火現象を評価できることである.ここでは,1640年北海道駒ケ岳噴火津波,1741年渡島大島津波について,津波堆積物を基に実際に波高分布を調べた.爆発地震や空振といった火山噴火に伴う様々な現象を調べることは,実際のマグマ水蒸気爆発を評価するための有効な手段の一つである.事例は少ないが,津波もそうした現象の一つ.最近では,1994年ラバウル噴火の際に津波が観測された.この津波の原因は,バルカン火山の噴火で発生した火砕流がシンプソン港へ流入したこと,および,海岸付近に開いた火口からの噴火と考えられている.ここでは,いくつかの波源モデルを仮定して津波を計算し,波形や波高分布と,擾乱の起きる範囲,継続時間,大きさ,場所といった波源の特性との関係を調べた.その結果,津波波形の周期は擾乱の継続時間が長くなると延びること,津波の振幅分布パターンは擾乱の継続時間,擾乱源の場所によってある程度変化することがわかった.これらは,津波の波高分布から,原因となった擾乱源の特性(噴火の特性)を評価できることを示している.一方,データとして津波を用いることには,他にないメリットがある.それは,津波は痕跡として堆積物を残すことがあるため,歴史時代のイベントについても波高分布を求め,それに基づいて原因となった噴火現象を評価できることである.ここでは,1640年北海道駒ケ岳噴火津波,1741年渡島大島津波について,津波堆積物を基に実際に波高分布を調べた.
放射光ＣＴ画像を活用した金属組織のイメージベース超並列有限要素解析の実現

シンクロトロン放射光CTとスーパーコンピュータを用いた大規模イメージベースシミュレーションの実現可能性を検証した。解析の障害となっているメッシュ生成に対して、容易で確実な方法として、1画素1要素のボクセル要素メッシングを選択した。これにより微細な金属組織を考慮した大規模有限要素解析が可能となり、1億要素程度であれば、弾塑性・有限ひずみ解析が可能であることが明らかとなった。また積分点毎に材料特性を変えられる非均質ボクセル要素の導入により、ボクセル要素特有の解析誤差を低減できることを確認した。実際にアルミニウム鋳造合金の疲労解析を実施し、材料表面からのき裂発生メカニズムを検証することができた。シンクロトロン放射光CTを用いて、金属組織の3次元構造を考慮した大規模有限要素解析の実現方法を検討した。対象は過去に実験したアルミニウム鋳造合金とした。大規模イメージベース有限要素解析の問題は、要素分割の困難さにある。本研究ではボクセル要素を用いることにより、確実かつ容易にメッシュ生成する。しかしボクセル要素の場合、階段状の表面や界面による解析精度の不足と、要素数が膨大になる弊害がある。解析精度の改善は次年度検討することとし、今年度はスーパーコンピュータを用いた計算実施可能性を検証した。まず画像からボクセル要素を生成するプログラムを開発した。要素生成の際、並列計算のための領域分割も同時に行える。これにより、数十億要素でも要素生成が可能であることを確認した。有限要素解析にはオープンソース有限要素解析コードFrontISTRを使用したが、疲労解析に必要な非線形硬化則モデルが8節点6面体要素に組み込まれていないため、新たに多直線移動硬化則モデルを実装した。並列計算には、東京大学情報基盤センターFX10(平成28年度HPCI一般課題利用)および九州大学情報基盤研究開発センターFX10(有償利用)を使用した。東京大学FX10では約1.7億要素の弾塑性解析に成功した。また、ポスト処理にも並列処理が必要であるため、汎用可視化ソフトAVS/Express PCEを用いて、応力やひずみの3次元可視化を試行した。可視化は大阪大学サイバーメディアセンターVCC(有償利用)にて実施した。FrontISTRの出力ファイルからAVS/Express PCEの入力ファイルを作成するプログラムは独自に開発した。以上の検討結果に基づき,平成29年度HPCI一般課題申請を行い,スーパーコンピュータ「京」の使用が採択された。次年度は、「京」を用いた超並列計算と精度改善の要素開発を実施する。今年度は,アルミニウム鋳造合金の放射光CT画像から並列計算用ボクセル有限要素モデルを自動生成するプログラムを開発した。並列計算のための領域分割も同時に行い、マスター節点とスレーブ節点を自動で設定できる。並列効率はやや落ちるが、簡便のため直方体領域で分割している。境界条件データも同時に作成することができ、汎用有限要素解析コードFrontISTRでそのまま実行できる入力ファイルを、プリ処理ソフトを使わずに作成できるようになった。大規模並列処理の実施可能性を検証するため、1300×1300×100 voxelの放射光CT画像を用いて、有限要素弾塑性解析を実施した。使用した計算資源は東京大学FX10で、280ノード,4,480コアを用いた。境界条件は2サイクルのみの繰り返し単純引張であり、増分ステップは17とした。これにより最大で約1.7億要素の弾塑性解析が実施可能であることを確認した。この規模であれば、約2万個のシリコン粒子と約8千個の金属間化合物粒子が含まれている。ただし、1千万要素以下の中規模モデルの検討では、九州大学FX10も使用した。解析結果の可視化についても並列処理を検討した。並列可視化ソフトAVS/Express PCEを使用し、上記1.7億要素モデルの応力やひずみの可視化が可能であることを確認した。使用した計算資源は大阪大学VCCで、1ノード、20コアで処理した。FrontISTRの出力ファイルからAVS/Express用の入力ファイルを作成するプログラムも開発した。以上の通り、大規模モデルに対して、解析モデルの作成から解析結果の可視化まで実施できる環境を構築した。また、次年度はスーパーコンピュータ「京」の利用申請が採択されたので、大規模モデルの多サイクル疲労解析が検証可能となった。シンクロトロン放射光CTは金属組織や材料欠陥を可視化でき、シミュレーションと連携した材料強度の評価や予測への応用が期待されている。しかしデータ量が膨大で、金属組織が複雑過ぎるため、解析に必要な有限要素モデル(メッシュ)の作成が容易ではない。本研究では、画素を要素に置換するだけで確実にメッシュが生成でき、並列化のための領域分割も容易なボクセル要素の適用を検討した。解析対象はアルミニウム鋳造合金とし、過去に撮像した放射光CT画像を使用した。平成28年度は、放射光CT画像からメッシュを自動生成し、並列計算用の領域分割も同時に実行するプログラムを開発した。有限要素解析にはオープンソースコードFrontISTRを用い、弾塑性解析用の材料モデルを新たに追加した。並列計算には、東京大学FX10(HPCI課題番号hp160055)および九州大学FX10(有償)を使用した。解析結果の可視化には、大阪大学VCC(有償)を使用した。この検討から、約1.7億要素の大規模並列弾塑性解析に成功した。平成29年度は、ボクセル要素の解析精度向上のため、要素の積分点毎に材料特性を変えられる非均質要素をFrontISTRに実装した。

並列計算には、スーパーコンピュータ「京」(HPCI課題番号hp170188)を用い、前年度に使用したFrontISTRを移植して使用した。結果の可視化は前年度と同様に大阪大学(HPCI課題番号hp170188)で実施した。精度検証の結果、非均質要素は通常の均質要素に比べて、応力集中をより正確に表現できるものの、応力勾配が高くなると、ボクセル要素特有の応力の波打ちが強くなることが判明した。一方、大規模解析に関しては、約1.5億要素のモデルにより10サイクルの疲労解析に成功した。これにより、実際の試験片の表面の影響や、アルミ粒子の形状の影響を世界で初めて定量的に評価した。シンクロトロン放射光CTとスーパーコンピュータを用いた大規模イメージベースシミュレーションの実現可能性を検証した。解析の障害となっているメッシュ生成に対して、容易で確実な方法として、1画素1要素のボクセル要素メッシングを選択した。これにより微細な金属組織を考慮した大規模有限要素解析が可能となり、1億要素程度であれば、弾塑性・有限ひずみ解析が可能であることが明らかとなった。また積分点毎に材料特性を変えられる非均質ボクセル要素の導入により、ボクセル要素特有の解析誤差を低減できることを確認した。実際にアルミニウム鋳造合金の疲労解析を実施し、材料表面からのき裂発生メカニズムを検証することができた。平成29年度から連携研究者として寺西正輝助教(福井大学)を追加し、研究実施を強力に推進する。スーパーコンピュータ「京」を用いて、大規模有限要素モデルに対する10サイクル程度の疲労解析を実施する。ハードウェア自体は平成28年度と同じFX10なので、計算環境は容易に移植でき、問題ない。大規模解析と併せて、解析精度を改善するための新しい要素をFrontISTRに実装し、その妥当性を検証する。具体的には、積分点毎に材料特性を変化させ、数値的に不均質な要素とする。材料特性はCT画像の輝度値に基づき、内挿した輝度値から材料(アルミニウム合金母相、シリコン相、金属間化合物相、空隙)を特定して、材料特性を与える。これにより、要素内に界面を取り込み、階段形状が疑似的に解消されることになるので、数値的な不安定性が改善すると予想される。簡単な欠陥モデルの解析で、要素の解析精度を検証したのちに、大規模解析に適用する。前年度にモデル化した介在物粒子よりも大きい鋳巣や試験片表面などの構造因子の影響を考慮するため、更に大規模なモデルを解析する。最終的には8億要素規模の疲労解析に挑戦する。その結果を基に、繰り返し負荷に対する介在物粒子群まわりの応力とひずみの変化を明らかにし、疲労き裂発生に対する破壊基準を検討する。また研究成果を随時、学会にて発表する予定である。計算固体力学各費目の端数が残ったため、繰り越した。消耗品費として使用する。
ロバスト炭素膜の下水再生処理への応用

ロバスト炭素膜の下水再生処理への応用を検討する。ロバスト炭素膜が持つ強固な膜構造と優れた耐久性を活かすことで、有害化学物質の除去率の安定化と強力な膜洗浄が可能となり、追加処理を必要としない省エネルギーな膜処理プロセスを実現できる。プロセス開発のため、1)ロバスト炭素膜の有害化学物質に対する除去性評価、2)オゾンを用いた膜洗浄による膜目詰まりの抑制効果の検討、3)異なる原水に対するプロセスの有効性評価、4)パイロットプラントでのエネルギー評価を実施する。本研究成果は下水再利用時の化学物質による健康リスクの低減に寄与するほか、下水再利用の促進により災害時の緊急水供給施設の増加に貢献する。
スイレン目の花の匂いの多様性と進化

スイレン科コウホネ属、スイレン属、およびハゴロモモ科ハゴロモモ属のハゴロモモについて、花の匂いの捕集・分析を行った.コウホネ属コウホネおよびヒメコウホネについて、京都府、滋賀県、岐阜県の前年度に採集した場所以外の自生地において、花の匂いの捕集を行った.それぞれの自生地において、花の匂いをヘッドスペース法で捕集し、ガスクロマトグラフィー・質量分析器(GC-MS)を用いて分析を行った.その結果、前年度の結果と同様に、花の匂いの化学組成の質的な違いはほとんどなく、量的には花が大きいコウホネがより多くの花の匂い物質を放出していた.サンプル数を増やすことで、コオホネ属の花の匂いの化学的特性に個体間変異はあまり存在しないことが明らかになった.スイレン属に関しては、植物園で栽培されている個体から花の匂いの捕集・分析を行った.GC-MS分析の結果、意外なことにコウホネ属植物の花の匂いの化学的特性と顕著な違いは見られず、炭化水素やベンゼイノイド、脂肪酸誘導体が見られた.特に炭化水素化合物はコウホネ属とスイレン属で共通して見られ、一方、テルペン系化合物は特にコウホネ属で見られることから、炭化水素化合物はコウホネ属とスイレン属が系統的に分岐する以前の花の匂いを示しているかもしれない.そして、コウホネ属が分岐した後に、テルペン系化合物を匂いとして放出するようになったのであろう.前年度に花が小さいためにはっきりとした結果が得られなかったハゴロモモについて、今年度は、匂いの捕集時間(より長く)と吸着剤の量を調整しながら、実験を行ったが、匂いの捕集時間を長くすると、捕集管(ガラス管)に(水生植物ゆえに)水分がたまり、それが匂い物質の吸着の邪魔となって、結果的に前年度よりもよい結果は得られなかった.吸着剤と同様に捕集管についても水分が吸着しにくい材質を用意すべきであったというのが反省点である.スイレン目のうち、日本に広く分布するスイレン科コオホネ属、およびハゴロモモ科ハゴロモモ属のハゴロモモについて、花の匂いの捕集・分析を行った.コウホネに関しては京都府、滋賀県、岐阜県の自生地または栽培品を用いて、花の匂いの捕集を行った.それぞれの自生地から、開花一日目(雌性期)、二日目(中間期)、三日目(雄性期)と思われる個体(花)を採集し、別々に匂いの捕集を行った.コウホネ属のうち、外部形態からコウホネとヒメコウホネと同定した(実際には雑種が形成されていることが最近明らかになったので、分子マーカーによる確認が必要)花の匂いをヘッドスペース法で捕集し(1花/1サンプル)、ガスクロマトグラフィー・質量分析器で分析を行った.コウホネとヒメコウホネで、花の匂いの化学組成の質的な違いはほとんどなく、量的には花が大きいコウホネがより多くの花の匂い物質を放出していた,また、開花一日目、二日目、三日目で質的な違いはほとんど見られなかったが、量的には一日目が最も多く、次第に減少していくことが明らかになった.花の匂い物質としては、炭化水素が多く、そのほか、テルペン系化合物、ベンゼン系化合物が見られた.具体的には、ウンデカン、トリデカン、ドデカン、テトラデカン、ペンタデセン、ヘプタデセンなどの炭化水素やリモネン、リラックアルデヒド類、カリオフィレンなどのテルペン系化合物、ベンジルアルコールや1,4-ジメトキシベンゼンなどのベンゼン系化合物がコウホネ類の花の匂いの主要物質として同定された.ハゴロモモ属のハゴロモモは花が小さいため、できるだけ多くの花を集めて匂いを捕集したが、はっきりとした結果は得られなかった(ノイズとの区別ができない).これについては来年度さらに工夫をして解析する予定である.スイレン科コウホネ属、スイレン属、およびハゴロモモ科ハゴロモモ属のハゴロモモについて、花の匂いの捕集・分析を行った.コウホネ属コウホネおよびヒメコウホネについて、京都府、滋賀県、岐阜県の前年度に採集した場所以外の自生地において、花の匂いの捕集を行った.それぞれの自生地において、花の匂いをヘッドスペース法で捕集し、ガスクロマトグラフィー・質量分析器(GC-MS)を用いて分析を行った.その結果、前年度の結果と同様に、花の匂いの化学組成の質的な違いはほとんどなく、量的には花が大きいコウホネがより多くの花の匂い物質を放出していた.サンプル数を増やすことで、コオホネ属の花の匂いの化学的特性に個体間変異はあまり存在しないことが明らかになった.スイレン属に関しては、植物園で栽培されている個体から花の匂いの捕集・分析を行った.GC-MS分析の結果、意外なことにコウホネ属植物の花の匂いの化学的特性と顕著な違いは見られず、炭化水素やベンゼイノイド、脂肪酸誘導体が見られた.特に炭化水素化合物はコウホネ属とスイレン属で共通して見られ、一方、テルペン系化合物は特にコウホネ属で見られることから、炭化水素化合物はコウホネ属とスイレン属が系統的に分岐する以前の花の匂いを示しているかもしれない.

そして、コウホネ属が分岐した後に、テルペン系化合物を匂いとして放出するようになったのであろう.前年度に花が小さいためにはっきりとした結果が得られなかったハゴロモモについて、今年度は、匂いの捕集時間(より長く)と吸着剤の量を調整しながら、実験を行ったが、匂いの捕集時間を長くすると、捕集管(ガラス管)に(水生植物ゆえに)水分がたまり、それが匂い物質の吸着の邪魔となって、結果的に前年度よりもよい結果は得られなかった.吸着剤と同様に捕集管についても水分が吸着しにくい材質を用意すべきであったというのが反省点である.
タイ国におけるエビ養殖業と沿岸環境の実態に関する調査研究

本研究により、大規模なエビ養殖場の建設等によるマングローブ林の消失が、周辺沿岸の魚類群集を変化させ、魚類資源の低下を招くことが明瞭に示された(Shinnaka et al.)。マングローブ生態系の水生生物の生産は、水路、林、裸地など、さまざまな要素によって構成される、複雑な微小環境の多様性によって保たれており(Kon et al.)、水生生物は、その特性に応じてさまざまな環境を利用して、マングローブ生態系内に分布している(Yokoo et al.)。また、天然のマングローブによって支えられている基礎生産量は、同所的に存在するニッチのほぼ重複すると考えられる生物種間にも餌料をめぐる競合関係を持たせないほどに豊かである(Tongununui et al. 2005,2006)。すなわち、マングローブ林の保全を考える場合、ただ単にマングローブの木の保存を考えるのではなく、時間的に変化を伴いながら、さまざまな微小環境を創出し、多様性を生み出している、自然のマングローブ汽水域の生態的な機能を保全しなければならない。こうした、生態系の機能の保全と、エビ養殖業の発展・存続を考えると、天然マンゴローブ林を保全しながら、中小規模の養殖施設が、天然マングローブ林の周辺に散在し、環境負荷を最小にする努力を行いながら、マングローブ生態系が持つ浄化機能を利用していくことを考えることがのぞましい。こうした形でエビ養殖業が調和的に発展していくためには、エビ養殖業者の理解が不可欠であるが。タイ国南部の中小養殖業者の場合、長期定期安定的な生産がたもたれるという動機づけがあれば、環境調和的な養殖システムへの変更を、短期的な収益性の低下があっても受け入れるということが示された(Kasai et al.)本研究により、大規模なエビ養殖場の建設等によるマングローブ林の消失が、周辺沿岸の魚類群集を変化させ、魚類資源の低下を招くことが明瞭に示された(Shinnaka et al.)。タイ国南部の中小養殖業者の場合、長期定期安定的な生産がたもたれるという動機づけがあれば、環境調和的な養殖システムへの変更を、短期的な収益性の低下があっても受け入れるということが示された(Kasai et al.)1.従来調査を行っていたトラン県シカオの沿岸域と比較するため、平成15年11月に、シャム湾側のナコン・シ・タマラト県パックパナン湾において、予備的調査を行った。この時期は雨期にあたり、パックパンナン湾は湾口付近まで、淡水化していた。そのことから、アンダマン海に面したシカオでは、潮汐により短い周期で、水温・塩分等の環境が変動するのに対して、シャム湾内部の支湾であるパックパナン湾では、降雨や河川流量の影響が大きく、季節変動等、長い周期で環境が変動するものと予想された。この調査結果にもとづいて、パックパナン湾をシカオ水路と比較のための主たる調査地点とし、主として、環境変動周期の違いに着目して両地域の比較をする視点で今後の調査を行うこととした。2.環境の予備的調査と平行して、パックパナン湾において、魚類群集に関する予備的調査を行った。パックパナン湾は、マングローブ林が発達したパックパナン側とマングローブ林が発達していないナコン・シ・タマラート側に分けられる。両地域で地曳網の曳網を行ったところ、捕獲された魚類は、個体数、種数ともに、パックパナン側で多く、生息する種も2地域で違っていた。そのことから、この両地域を比較することによって、マングローブ林が水生生物の生態に及ぼす影響を明らかにできるものと予測された。3.従来の研究に引き続いて、半閉鎖式のエビ養殖池で、窒素の収支を調べた。その結果、半閉鎖式で破壊方式に比べて、単位エビ生産に伴う環境への窒素負荷が、開放式に比べて小さいことがあきらかになり、今後、飼育水の保持時間の違いが環境への付加に与える影響について調査を行うことが必要であることが明らかになった。また、飼育水の交換にともなって排出される懸濁有機物のほぼ半量が、排出口の近傍に沈殿することが明らかになった。

4.ソンクラ皇太子大学において、講演・意見交換を行い、今後の調査に同大学の研究者の協力を受けることになった。1.シャム湾側のナコーン・シータマラート県パックパナン湾において、魚類群集の調査を行った。調査は、沿岸のマングローブ林が保全されている地域と、エビ養殖池の建設によってマングローブ林が失われている地域の比較という視点で行ったが、その結果、両地域で、採集された魚の個体数密度に違いはなかったが、沿岸のマングローブが保全されている地域で、明らかに種類数が多かった。この結果は、マングローブ林の存在が、周辺の沿岸水生生物の多様性に影響を与えている可能性を示唆するものである。今後は、エビ養殖池の存在が多様性に与えている影響について検討する必要がある。また、他地域でも同じような現象が見られるかどうかについて,事例的な解析も必要と思われる。2.アンダマン海側のトラン県シカオでカニ類を中心に、マングローブ林内の生物の分布を調べた。その結果、マングローブ林内で裸地に近い比較的開けた微小地形や、水路の狭まった地点などでは生物の分布が異なり、安定同位対比の分析により、それらの生物の食性も異なる可能性が示された。このことから、マングローブ林内の微小地形の存在が生物多様性に関係しているものと推測された。3.パックパナン湾の漁業実態について調べたところ、漁業の多くはエビを捕獲するための漁業であった。今後は、エビに絞って、養殖魚との競合関係等、漁業経済学的な調査を行うべきものと考えられた。4.エビ養殖池の水質管理システムを、より環境への影響の小さな、閉鎖式に変更した業者について、その変更の動機を従来からの調査データに基づいて解析したところ、その多くは疾病を避け,安定的な生産を可能にするために行われていた。このことから、エビ養殖業者は、安定的な生産が、将来見込まれるという見通しがあれば、短期的な生産の低下を受け入れることが示された。本研究成果はFisheries Science誌に掲載予定である。1.エビ養殖池の水質管理システムを、より環境への影響の小さな、閉鎖式に変更した業者について、その変更の動機を従来からの調査データーのもつづいて解析したところ、その多くは疾病を避け安定的な生産を可能にするために行われていた。(Fisheries Science 71(4) 791-798)2.シャム湾側のナコン・シ・タマラート県パックパナン湾において、魚類群集の調査を行った。本年度はマングローブ水路内とマングローブのない沿岸の魚類群集構造とその季節変動に焦点を絞って調査した。その結果、雨期と乾期では塩分に0から40までの大きな違い意があるにもかかわらず、魚類群集に季節的な変動はほとんどなかった。このことから、この水域には塩分の変動にきわめて抵抗性の高い魚種が常在しているものと考えられた。また、全体的に見ると、マングローブ水路内と水路外に大きな魚類群集の違いはなかったが、ボラのように濾過食性で底泥有機物を利用すると考えられる種は、水路内に多く存在した。3.アンダマン海側のトラン県シカオで、マングローブ林内の微小地形の間で、底生生物相を比較し、安定同位対比を用いてその食性を調べた。その結果、マングローブ内に点在する、開けた裸地には、林内や水路内に比べて底生生物の現存量が多かったが、多くの種が、微小地形に関わりなく分布していた。
ホロゲノム解析によるIgA腎症の病態解析と治療ターゲット探索

IgA腎症の原因解明を目的として、ホストゲノム、摘出口蓋扁桃のメタゲノム、腎生検の糸球体プロテオミクスの3者を同時に解析することにより、粘膜免疫の機能的な異常と疾患プロセスを明らかにすることを試みた。口蓋扁桃においてAPRILが高発現し、扁桃での糖鎖不全IgA(GdIgA1)産生量が腎糸球体における沈着量に相関することを明らかにした。扁桃細菌叢のIgA-Seqを行い、歯周病関連嫌気性桿菌がホストの免疫反応に関与すること、糸球体局所では生合成過程が亢進する一方、上皮細胞の細胞骨格蛋白が減少すること、家系のエクソーム解析により自然免疫や抗原提示能の個人差が発症に影響することが明らかになった。“ホロゲノム"とは、ホストゲノムだけでなく、生体内に存在する全ての環境微生物ゲノム、さらにはエピゲノム解析も同時に行い、それらを包括的に評価する方法で、近年の解析技術の進歩により初めて可能となったものである。IgA腎症の原因抗原は不明で、その遺伝的体質との関連は未解明である。本研究は、IgA腎症患者から摘出された口蓋扁桃のメタゲノム、腎生検標本のマイクロプロテオミクス解析の両者から抗原を同定し、さらにホストゲノムのエクソーム解析の結果も合わせて、本症の口蓋扁桃粘膜免疫の機能的な異常を解析し、その原因を明らかにする。同定された抗原および糖鎖不全IgA1に対する糸球体細胞の反応と相互作用を細胞・個体生物学的に解析する。また糖鎖不全IgA1沈着後に糸球体炎症が進行する機序を明らかにする。以上の結果を合わせ、特異的な治療法がない本症に対して、有効な予防方法と治療戦略の創出に貢献することを目標とする。孤発例のゲノムワイド関連解析の国際共同研究を行い、10個の疾患感受性遺伝子に、15個の一塩基置換を同定した(Nature Genet 2014)。約50症例の摘出扁桃について、切除、DNAの抽出方法、および細菌特異的なエンハンサーによる16SリボゾーマルRNAの増幅方法を検討し、次世代シークエンサーによる配列解析が可能な条件を決定することに成功した。これを用いて、習慣性扁桃炎、小児扁桃肥大をコントロールとして、IgA腎症患者からの扁桃のマイクロバイオーム解析を行った。本研究は、IgA腎症患者から摘出された口蓋扁桃のメタゲノム、腎生検標本のマイクロプロテオミクス解析の両者から抗原を同定し、さらにホストゲノムのエクソーム解析の結果も合わせて、本症の口蓋扁桃粘膜免疫の機能的な異常を解析し、その原因を明らかにすることを目的としている。口蓋扁桃で糖鎖不全IgA1が産生される本質的な機序は未解明である。したがって、わが国で広く行われている口蓋扁桃摘出術の臨床的な有効性をRCTで証明するとともに、その有効性を説明するメカニズム自体を明らかにすることが必要である。一方、口蓋扁桃の異常が本症発症において重要な役割を果たすことは、臨床的事実からも明らかで(Kidney Int 2003他)、扁桃摘出と副腎皮質ステロイドパルス療法を早期に行うと、高率に寛解が得られる。現在まで46例のIgA腎症を含む合計92例の患者から摘出した口蓋扁桃をメタゲノム解析で検討した。従来の培養法による最近同定では検出されていない、非常に多様な細菌属が同定できた。しかし今のところ、本症に特異的な細菌属レベルでは疾患特異的な細菌は同定されていない。孤発例のゲノムワイド関連解析の国際共同研究では10個の遺伝子、15カ所の一塩基置換が疾患感受性遺伝子として同定され、本症の発症頻度の民族差や、炎症性腸疾患や自己免疫疾患との関連を理解する上で、有用な成果が得られた。また、46例の腎生検で確定診断されたIgA腎症患者、および21例の習慣性扁桃炎、26例の小児扁桃肥大から摘出された口蓋扁桃を収集し、細菌特異的な16SrRNAを解析した。治療は副腎皮質ステロイドや扁桃摘出術が行われているが、十分な効果は得られておらす、いまだに末期腎不全の主要な原因疾患である。本研究は、IgA腎症患者から摘出された口蓋扁桃のメタゲノム、腎生検標本のマイクロプロテオミクス解析の両者から抗原を同定し、さらにホストゲノムのエクソーム解析の結果も合わせて、本症の口蓋扁桃粘膜免疫の機能的な異常を解析し、その原因を明らかにすることを目的とする。本研究はこれを、IgA腎症の発症・進展機序解明に応用する。IgA腎症では半数以上の症例で血清IgA値が上昇し、IgAの産生・代謝に異常がある。ヒンジ部O-結合型糖鎖修飾の異常を持つ糖鎖不全IgA1分子は、自己凝集、代謝遅延、メサンギウム細胞・基質への高親和性などの性質があり、本症の原因に直結していると考えられる。

この糖鎖不全IgAは、口蓋扁桃を含む粘膜リンパ組織で産生されていると考えられる。私共は現在まで、孤発例のゲノムワイド解析に加えて、家族性IgA腎症家系のエクソーム解析を行った。家系内に腎生検で確定診断された患者を複数含む家族性IgA腎症家系を50家系以上収集し、複数の疾患感受性候補遺伝子を同定した。現在それらの機能解析を進めている。一方、IgA腎症患者の摘出扁桃におけるメタゲノム解析、腎生検標本からのプロテーム解析も同時進行で進めており、疾患パスウェイ解析を行った。また、同定された非ヒト由来ペプチドについてデータベースサーチにより腎臓局所での細菌菌体抗原の有無について解析を行っている。孤発例IgA腎症のゲノムワイド関連解析については既に成果を挙げている(Kiryluk, K. et al. Nat Genet, 2014他)。同定された複数のリスク遺伝子は本症の発症・進行の病態を理解するうえで、重要な示唆を与えた。さらにそれぞれの機能解析を進めている。IgA腎症患者扁桃のメタゲノム解析では、治療として摘出された口蓋扁桃陰窩の細菌叢を網羅的に解析した。既に100例以上の摘出扁桃を保存し、解析を行った。対照として習慣性扁桃炎と小児扁桃肥大を解析した。IgA腎症患者に特異的な細菌群が同定されれば、予防と治療に繋がると考える。現在のところ、16SrRNAシークエンスによるOUTレベル(属レベル)では、小児扁桃肥大とは明瞭に異なるものの、習慣性扁桃炎と明確な差がないことを、世界で初めて報告した(Watanabe H, et al. Nephrol Dial Transpl2016)。家族性IgA腎症のエクソーム解析も実施した。世界最大規模の家系数(50家系以上)を全国から収集し、新たな候補遺伝子を同定した。それらの機能解析を進めている。また、IgA腎症患者の腎生検標本を用いて、糸球体のみをマイクロダイセクション法により単離し、プロテオーム解析を行っている。正常腎とは明確に異なるペプチド蛋白を同定し、疾患パスウェイ解析を行った。その機能解析を進めている。IgA腎症の原因抗原は不明で、その遺伝的体質と環境因子との関連は未解明である。治療は全身的な副腎皮質ステロイド投与や扁桃摘出術が行われているが、十分な効果は得られず、いまだに末期腎不全の主要な原因疾患となっている。本研究は、IgA腎症患者のゲノム解析、患者から摘出された口蓋扁桃のメタゲノム、腎生検標本のマイクロプロテオミクス解析の3者を同時に解析することにより抗原を同定し、口蓋扁桃粘膜免疫の機能的な異常をを明らかにすることを目的とする。“ホロゲノム"とは、ホストゲノムだけでなく、生体内に存在する全ての環境微生物ゲノム、さらにはエピゲノム解析も同時に行い、それらを包括的に評価する方法で、近年の解析技術の進歩により初めて可能となった。本研究はこれを、IgA腎症の発症・進展機序解明に応用する。IgA腎症では半数以上の症例で血清IgA値が上昇し、IgAの産生・代謝に異常がある。ヒンジ部O-結合型糖鎖修飾の異常を持つ糖鎖不全IgA1分子は、自己凝集、代謝遅延、メサンギウム細胞・基質への高親和性などの性質があり、本症の原因に直結していると考えられる。私共は現在まで、孤発例のゲノムワイド解析と、家族性IgA腎症家系のエクソーム解析を行った。
モーションコントロールのための外乱推定機能を内包する予測制御系設計

平成30年度では主に,モデル予測制御手法の一種であるPredictive Functional Control(PFC)制御系において,内部モデルに外乱のダイナミクスを含む状態推定器を用いることにより,外乱オブザーバを用いることなく外乱の影響を除去する手法の実験的な評価をおこなった.Predictive Functional Control制御系において,ステップ状およびランプ状のダイナミクスを表現できる外乱モデルを組み込んだ拡大系を構成し,拡大系に対する予測型状態推定器をPFCの内部モデルとして用いる方法をPFC_EBIMと呼ぶ.PFC_EBIMでは,制御対象の状態変数および外乱の状態変数を推定し,外乱存在下における将来の出力軌道を予測することにより,間接的に外乱の影響を除去することができる.しかし,従来はシミュレーションによる検討しかおこなわれておらず,詳細な実験的な検証と,他の制御手法との比較はおこなわれていなかった.そこで,PFC_EBIMの有効性を,1軸テーブル駆動系の位置制御に応用しすることで実験的に検証した.また,PFC_EBIMの制御性能を,通常のPFCおよび,インナループに比例積分補償器,アウタループに比例補償器を用いるP-PI制御と比較もおこなった.実験では,方形波・正弦波・台形曲線の3種類の目標値を,振±50mm及び±10mmの振幅として与えた.ここで,振幅が±10mmの時だけペイロードを与え,外乱(静止摩擦)およびモデル化誤差が大きい場合の制御性能の比較をおこなった.実験結果より,外乱とモデル化誤差の影響が小さい場合には,PFC_EBIMとP-PI制御は同等な性能を達成する反面,影響が大きい場合には,PFC_EBIMは通常のPFCやP-PIよりも良好な制御手法を達成する結果が得られた.外乱推定機能を内包するモデル予測制御系の開発のうち,状態推定器を内部モデルに用いるPredictive Functional Control(PFC)の開発とその実験的な検証は,通常のPFCおよびP-PI制御系との比較実験がうまく実施できた結果,予定よりも多くの学会発表と論文投稿をおこなうことができたため.今後はまず,通常のモデル予測制御(MPC)において,外乱のダイナミクスを組み込んだ拡大系を構成し,これに対する状態推定器やカルマンフィルタをMPCの内部モデルとして用いることを検討する.同時に,実験的評価をおこなうためのリンクマニピュレータを製作し,その制御プログラムの開発を開始する.平成29年度では主に,外乱推定機能をモデル予測制御(MPC)に内包させるための内部モデルを考案し,予測出力軌道と制約条件の表現がどのようになるかを検討した.また,モデル予測制御手法の一種であるPredictive Functional Control(PFC)制御系において,内部モデルに外乱のダイナミクスを含む状態推定器を用いることにより,外乱オブザーバを用いることなく外乱の影響を除去する手法を考案した.外乱推定機能をモデル予測制御に内包させるために,まず制御対象の通常の状態空間モデルと,外乱オブザーバ由来の二つのサブシステムの状態空間モデルを用いて拡大系を構成した.次に,得られた拡大系の状態変数と追従誤差を新たな状態変数とする『エラー・システム』を構成した.エラー・システムには制御対象と外乱オブザーバのダイナミクスがすべて含まれているため,これに基づいてMPCを適用し系を安定化すれば,外乱を能動的に抑圧しながら制御することが可能となる.また,このエラー・システムを用いることにより,制御対象に加わる総制御入力に対する制約を課すことが容易になる利点がある.Predictive Functional Control制御系において,ステップ状およびランプ状までのダイナミクスを表現できる外乱モデルを組み込んだ拡大系を構成し,拡大系に対する予測型状態観測器をPFCの内部モデルとして用いる方法を開発した.これにより,制御対象の状態変数および外乱の状態変数を推定し,外乱存在下における将来の出力軌道を正確に予測することが可能となり,間接的に外乱の影響を除去することができるようになった.実験装置として1軸テーブル駆動系を用い,この手法の有効性を実験的に確認した.外乱推定機能をモデル予測制御(MPC)に内包させるためのエラー・システムの考案まではおおむね順調に推移している.一方,このエラー・システムに直接状態フィードバック制御を適用すると,本来は安定化に不要な状態変数まで用いた制御則が構成されてしまうことが判明した.そのまま用いても安定化はできるが,補償器の次数がわずかに高くなる問題がある.平成30年度では主に,モデル予測制御手法の一種であるPredictive Functional Control(PFC)制御系において,内部モデルに外乱のダイナミクスを含む状態推定器を用いることにより,外乱オブザーバを用いることなく外乱の影響を除去する手法の実験的な評価をおこなった.Predictive Functional Control制御系において,ステップ状およびランプ状のダイナミクスを表現できる外乱モデルを組み込んだ拡大系を構成し,拡大系に対する予測型状態推定器をPFCの内部モデルとして用いる方法をPFC_EBIMと呼ぶ.PFC_EBIMでは,制御対象の状態変数および外乱の状態変数を推定し,外乱存在下における将来の出力軌道を予測することにより,間接的に外乱の影響を除去することができる.しかし,従来はシミュレーションによる検討しかおこなわれておらず,詳細な実験的な検証と,他の制御手法との比較はおこなわれていなかった.そこで,PFC_EBIMの有効性を,1軸テーブル駆動系の位置制御に応用しすることで実験的に検証した.また,PFC_EBIMの制御性能を,通常のPFCおよび,インナループに比例積分補償器,アウタループに比例補償器を用いるP-PI制御と比較もおこなった.

実験では,方形波・正弦波・台形曲線の3種類の目標値を,振±50mm及び±10mmの振幅として与えた.ここで,振幅が±10mmの時だけペイロードを与え,外乱(静止摩擦)およびモデル化誤差が大きい場合の制御性能の比較をおこなった.実験結果より,外乱とモデル化誤差の影響が小さい場合には,PFC_EBIMとP-PI制御は同等な性能を達成する反面,影響が大きい場合には,PFC_EBIMは通常のPFCやP-PIよりも良好な制御手法を達成する結果が得られた.外乱推定機能を内包するモデル予測制御系の開発のうち,状態推定器を内部モデルに用いるPredictive Functional Control(PFC)の開発とその実験的な検証は,通常のPFCおよびP-PI制御系との比較実験がうまく実施できた結果,予定よりも多くの学会発表と論文投稿をおこなうことができたため.今後はまず,状態フィードバック制御則から安定化に不要な状態変数を除去することができないかを検討する.続いて実施計画どおり,最適制御則の計算アルゴリズムの検討とコーディング,シミュレーション用プログラムの作成,実験装置の製作をおこなう.今後はまず,通常のモデル予測制御(MPC)において,外乱のダイナミクスを組み込んだ拡大系を構成し,これに対する状態推定器やカルマンフィルタをMPCの内部モデルとして用いることを検討する.同時に,実験的評価をおこなうためのリンクマニピュレータを製作し,その制御プログラムの開発を開始する.【理由】消耗品が予定額よりも安価に購入できたことに加え,国際会議参加時に宿泊代の安いホテルに宿泊できたために旅費が浮いたことによる.【使用計画】平成30年度に参加する学会参加登録費および実験装置用部品の購入代金として使用する予定でいる.理由:消耗品が予定額よりも安価に購入できたことに加え,国際会議参加時に宿泊代の安いホテルに宿泊できたために旅費が浮いたことによる.使用計画:平成31年度に参加する学会参加登録費および実験装置用部品の購入代金として使用する予定でいる.
繰返し軸方向力を受けるコンクリート充填鋼管部材の座屈挙動と耐震性能に関する研究

鋼管コンクリート短柱および中空鋼管短柱試験体(平成5年度),鋼管コンクリート中・長柱試験体(平成6年度)に対して一定軸方向変位振幅での繰り返し軸力載荷試験を行い,軸方向変位振幅,鋼管の径厚比,コンクリート充填の有無に対するエネルギー吸収能力,局部座屈・亀裂破断の発生時期を調べた.さらに,これに対する複合非線形解析によるシミュレーションを行った.この結果,以下の成果が得られた.1.鋼管の亀裂破断発生までのエネルギー吸収量は,コンクリートを充填することにより大幅に増大する.2.鋼管の亀裂破断発生までのエネルギー吸収量は,単調引張軸力を受ける場合より増大する.3.局部座屈は,部材中央付近で生じるが,細長比によって軸方向変位と曲げ座屈変形の歪の組み合わせが変化し,局部座屈およびそれに引き続く亀裂破断までの荷重の繰り返し数は,細長比の関数で表される.4.筆者らによって開発された有限要素法による複合非線形解析によっておおむね実験挙動が予測できた.5.鋼管の亀裂破断に至るまでのエネルギー吸収能力の評価式を実験結果から求めた.また,これに対する理論的検証を4.の解析により行った.鋼管コンクリート短柱および中空鋼管短柱試験体(平成5年度),鋼管コンクリート中・長柱試験体(平成6年度)に対して一定軸方向変位振幅での繰り返し軸力載荷試験を行い,軸方向変位振幅,鋼管の径厚比,コンクリート充填の有無に対するエネルギー吸収能力,局部座屈・亀裂破断の発生時期を調べた.さらに,これに対する複合非線形解析によるシミュレーションを行った.この結果,以下の成果が得られた.1.鋼管の亀裂破断発生までのエネルギー吸収量は,コンクリートを充填することにより大幅に増大する.2.鋼管の亀裂破断発生までのエネルギー吸収量は,単調引張軸力を受ける場合より増大する.3.局部座屈は,部材中央付近で生じるが,細長比によって軸方向変位と曲げ座屈変形の歪の組み合わせが変化し,局部座屈およびそれに引き続く亀裂破断までの荷重の繰り返し数は,細長比の関数で表される.4.筆者らによって開発された有限要素法による複合非線形解析によっておおむね実験挙動が予測できた.5.鋼管の亀裂破断に至るまでのエネルギー吸収能力の評価式を実験結果から求めた.また,これに対する理論的検証を4.の解析により行った.強震下の建築骨組のブレースあるいはトラス構造の弦材など非定常の繰返し軸方向力を受ける部材には,コンクリートを充填した鋼管が極めて有効であると考えられる.そこで,鋼管コンクリート部材の耐震性能を明らかにする目的で,同部材に繰返し軸方向力を載荷する実験を行った.試験体に用いた鋼管はSTK400およびSTKR400の電縫円形鋼管(直径101.6mm),角型鋼管(せい,幅100mm)であり,外径の4倍の長さを持つ短柱である.充填コンクリートの設計シリンダー強度は300kgf/cm2である.実験変数は鋼管断面形(円形と角形),コンクリートの充填の有無,径厚比(円形鋼管),幅厚比(角形鋼管),軸力載荷条件である.径厚比および幅厚比は各々20,30,50の3種類としている.軸力載荷条件は単調圧縮,単調引張,軸変移振幅±1.0%,±1.5%,±2.0%の定変位振幅繰返載荷とした.さらに局部座屈発生時の軸変位を確認するための探査用試験を行った.実験結果より角形鋼管,円形鋼管ともに,以下のことが明らかにされた.1.鋼管の亀裂発生までのエネルギー吸収量は,コンクリートを充填すると増大する.軸方向定変位振幅を受けるコンクリート充填鋼管のエネルギー吸収量は単調引張の場合に比較して大きく,また,変位振幅が小さい方が大きい.2.コンクリートを充填することにより,鋼管の局部座屈発生から亀裂が発生するまでの繰返しサイクル数が増加する.また,局部座屈発生後の履歴曲線の劣化が緩和される.3.コンクリートの充填の有無に関わらず,径厚比,幅厚比が小さいほど履歴曲線の劣化が緩和される.4.局部座屈が発生する曲げ圧縮側の管軸方向歪振幅が存在することが確認できた.この歪振幅は鋼管の径厚比,幅厚比に大きく影響される.また,コンクリートを充填することにより,この歪振幅は大きくなる.前年度は鋼管コンクリート短柱および中空鋼管短柱試験体に一定軸方向変位振幅での繰り返し軸力載荷試験を行い,3種類の軸方向変位振幅,3種類の鋼管の径厚比,コンクリート充填の有無に対する局部座屈の発生時期と亀裂破断の発生時期に関する実験値を得た。本年度は,鋼管コンクリートの中・長柱(細長比30と60)の試験体の繰り返し軸力載荷実験を行い,曲げ座屈と局部座屈の連成効果を調べると共に,複合非線形解析によるシミュレーションを行った。この結果,以下の成果が得られた。1.局部座屈は,部材中央付近の断面で曲げ座屈変形で曲げ圧縮側になる部分に生じるが,細長比によって軸方向変位と曲げ座屈変形の歪の組み合わせが変化し,局部座屈およびそれに引き続く亀裂破断までの荷重の繰り返し数は,細長比の関数で表される。2.筆者らによって開発された有限要素法による複合非線形解析によっておおむね実験挙動が予測できた。3.鋼管の亀裂破断に至るまでのエネルギー吸収能力の評価式を実験結果から求めた。また,これに対する理論的検証を2.の解析により行った。