hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
タンパク質間相互作用における相互作用面形成メカニズムの解明と複合体予測

本研究の第一の目的は「タンパク質表面のアミノ酸残基の置換に着目することで、タンパク質表面での相互作用面の形成過程を探る」ことにある。昨年度に行った調査対象データの再構築を通じて得られた相互作用面形成過程の3分類のうち、本年度も引き続き「主に残基置換によるもの」に属する26ファミリーを中心に解析を進めた。昨年度の結果より、タンパク質の相互作用面で特に寄与が大きいと考えられる部分(primary area)の形成過程には、2つのパターンがあることが明らかになっている。すなわち従来考えられていた「置換前から表面に露出していた残基が、より好ましい残基へと置換される」ケースの他、「タンパク質内部に埋もれていた好ましい残基が表面へと突き出し相互作用面に加わる」ケースである。この残基の突き出しの影響をうけ、今年度行うはずであった「重ね合わせによる疑似複合体を用いた比較解析(あらかじめ本来の複合体とは別に、本来ならば単量体だが、同じファミリーの二量体をテンプレートとして重ね合わせで作った擬似二量体構造などを計算し、本来の複合体と比較する手法)」は、残基の突き出しの分だけ疑似複合体のサブユニット間に空間ができてしまい、うまく実行できないことが判明した。そこで、代替案として本研究室にて以前開発されたロータマーを加味した構造/配列適合性関数を用い、単量体と複合体との間に起こる各々の置換がどのように相互作用面、ひいては複合体の安定性に寄与しているかについての解析を行うこととした。この適合性関数を用いることで、本来個別に解析する予定であった疎水性度や相補性度といった各種のパラメータを一括して評価し、さらには残基一つ一つの置換の影響を定量化することができる。この解析の結果、相互作用に重要なごく限られた残基(ホットスポット)はprimary areaに多く、相互作用面全体に比べIle,Val,Tyr等への置換が多いといった傾向が得られた。これを実現すべく、本年度はまず解析対象となるデータセットの吟味と再構築を行った。従来のデータセットには、残基置換以外の要素によって相互作用面が形成されたと考えられる例が含まれており、真にアミノ酸置換を観察するには十分ではなかった。今回の再構築を通じて、相互作用面形成につながる変化を1)主に残基置換によるもの、2)主に短い(10残基以下の)の挿入によるもの、3)(二次構造等の)大きな挿入やタンパク質全体の構造変化によるものの3つに分類すると共に、1)にあたる26ファミリーを今後の解析対象とした。次に、残基置換の評価手法として新しい得点体系を導入した。これまで着目してきたアミノ酸組成・置換頻度に加え、置換の対象となる残基についての構造的情報を加味する指標として、残基の突出具合を表す値を新たに設けた。これはアミノ酸残基の溶媒露出表面積の差で計算される値であり、この指標を用いることで残基置換を配列的側面と構造的側面の両方から議論することが可能になった。また、評価手法に新しい指標が加わったことで、評価対象となる残基置換についても詳細な分類を行った。これまで残基の置換はどの部位も全て均一な扱いであったものを、各残基が置換前・置換後のそれぞれで置かれる環境を元に、4種に分類した。以上を踏まえ解析を行ったところ、相互作用面の中でも寄与の大きい部位の形成では2種類の置換、すなわち従来考えられていた「置換前から表面に露出していた残基が、より好ましい残基へと置換される」ケースの他、「タンパク質内部に埋もれていた好ましい残基が表面へと突き出し相互作用面に加わる」ケースがあることが新たに明らかになった。

この解析の結果、相互作用に重要なごく限られた残基(ホットスポット)はprimary areaに多く、相互作用面全体に比べIle,Val,Tyr等への置換が多いといった傾向が得られた。
癌患者におけるフコシル化蛋白増加の分子機構の解明

フコシル化は、がんや炎症と最も深く関わる糖鎖修飾の1つである。多くの癌患者で、フコシル化蛋白の発現が上昇し、一部のものはフコシル化AFP、フコシル化ハプトグロビンのように腫瘍マーカーとしても応用されている。フコシル化を制御する因子には、フコース転移酵素、そのドナー基質であるGDP-フコース、さらにGDP-フコースをゴルジ内に運搬するトランスポーターがある。これまで私達は、肝がんでは、これらの因子の遺伝子発現が、総て亢進し、中でもトランスポーターが最も重要なfactorであることを証明した。本年度は、ある大腸がん細胞でGDP-フコースの合成に関わる遺伝子GMDSの変異を見つけ、NK細胞がもつ腫瘍免疫の重要なfactorであるTRIL (TNF-related apoptosis inducing ligand)シグナルに重要な意義があることを見いだした。即ち、GMDSの変異細胞では、TRAILに抵抗性をもつので、ヌードマウスに巨大な腫瘍を形成するが、野生型のGMDSを戻すと小さな腫瘍しか形成しない。また、多くの他のがん細胞や癌組織でGMDSの変異が認められた。フコシル化は正常から癌化する初期のステップには重要な役割を果たすが、逆に一部のがんでは脱フコシル化が起こることによって、さらに腫瘍の悪性度が増えることを示唆する所見と言える。フコース転移酵素の1つであるFut8を大腸がん細胞WiDrに過剰発現させると、細胞間接着が増強しカドへリンの機能を亢進させた。このFut8の過剰発現は、ヒトの大腸がん組織でも検証され、フコースが大腸がんの生物学的特性を変化させる可能性を示唆する。また、フコシル化ハプトグロビンのレクチンー抗体ELISA系を開発した。この系は、フコシル化ハプトグロビンの定量化多検体処理を可能とするため、今後がん化のどの段階でフコシル化ハプトグロビンが上昇するのか検討していきたい。フコースによる糖鎖修飾はフコシル化と呼ばれ、癌や炎症と最も関連が深いと言われる。既に臨床応用されているフコシル化AFP(AFP-L3)やCA19-9は、フコシル化糖鎖の1つであり、フコシル化ハプトグロビンは新しい膵癌のマーカーとして、私達が同定したものである。本研究では、癌患者においてフコシル化タンパクが増加するメカニズム解析を中心に、実験を行なった。ハプトグロビンには、4カ所のN型糖鎖の結合ポテンシャル部位が存在し、それぞれの糖鎖構造を、マススペクトロメトリー法で解析した。その結果、3番目のN型糖鎖にはユニークな糖鎖構造が付加されていた。また、膵癌患者由来のハプトグロビンのこの部位には、微量ではあるが、特殊なフコシル化糖鎖が結合していた(Int J Cancer, 122, 2301-09)。フコシル化を制御する因子としては、フコース転移酵素に加え、ドナー基質GDP-フコースの合成酵素であるGMDやFX、さらにはGDP-フコーストランスポータが重要と考えられる。本来肝臓で産生されるハプトグロビンが膵癌患者で増加するメカニズムに関して、膵癌の産生するインターロイキン6(IL6)が重要であることを、共培養の実験かち発見した。数種類の膵癌細胞と肝癌細胞Hep3Bを共培養すると、IL6を産生する膵癌細胞のみハプトグロビンのmRNAの産生誘導が見られ、IL6の中和抗体の添加によって濃度依存的に阻害された。そしてIL6は、フコース転移酵素、GMD、FXのいずれもの発現を誘導することがわかった(BBRC. 377, 792-796)。しかし、こうして肝臓で産生されたフコシル化タンパク質は、必ずしも総て血中に分泌される訳ではない。そこで本研究では、フコシル化膜タンパク質に焦点を絞り、肝細胞の極性輸送とフコシル化に関して検討した。その結果、膜タンパク質においても、直接もしくは関接経路を通る特殊な分泌経路によってapical側に運搬されることが判明した。これらめ研究のほか、糖鎖と癌に関するいくつかの新しい知見を得た。

フコース転移酵素の1つであるFut8を大腸がん細胞WiDrに過剰発現させると、細胞間接着が増強しカドへリンの機能を亢進させた。このFut8の過剰発現は、ヒトの大腸がん組織でも検証され、フコースが大腸がんの生物学的特性を変化させる可能性を示唆する。また、フコシル化ハプトグロビンのレクチンー抗体ELISA系を開発した。この系は、フコシル化ハプトグロビンの定量化多検体処理を可能とするため、今後がん化のどの段階でフコシル化ハプトグロビンが上昇するのか検討していきたい。
大規模マルチエージェントシステムにおける社会的インタラクション機構

人間社会における社会的メカニズムの研究は40年間以上続いている。社会的メカニズムは、社会的な組込みマルチエージェントシステムのオープン環境への組み込み、特に人間社会への組み込みに有効である。なお、より多くの人間とエージェントが共存すれば、エージェント行為に合理的にするために、シナリオのような社会的制約が必要となる。本研究では社会的な組込み大規模マルチエージェントシステムにおけるインタラクションの社会的メカニズムに注目する。本研究の結果はマルチシステムのより社会的かつ合理的な振る舞いを実現する。今までの研究成果には以下がある。・エージェント社会規範の進化における階層的な直接伝播・エージェント社会規範の進化における集合伝播・エージェント社会規範の進化における統一傾向を持つ並行伝播・エージェント社会規範の伝播におけるローカルインタラクションと非ローカル協調・インタラクション構造に基づきエージェジト社会規範の決定モデル・局所伝播効果と社会構造影響のトレードオフによるエージェント協調モデル・マルチエージェントにおける社会規範感度による小さな混乱フレームワーク・コンテクスト資源交渉に基づくタスク配置と負荷均衡モデル・因果効果マルチエージェント社会における好意感情に基づく戦略伝播モデル.その結果、上記の研究で大規模社会的な組込みマルチエージェントシステムにおける社会的メカニズムのインタラクションフレームワークは構築される。(1)エージェント社会規則進化での階層化即時拡散:本研究テーマは上級的なエージェントから下級的なエージェントまでの階層化即時拡散をベースして、個体エージェントの社会規則をシステム全体の全局社会規約に進化の研究を行う。拡散インタラクションには、システムの社会位置エネルギーを減るために、上級的な社会地位を持つエージェントがし下級的なエージェントに影響を与える。最小社会位置エネルギーを持つ社会規則を全局社会規約に見なす。(2)エージェント社会規則進化での集合拡散:エージェント社会規則進化には、集合エージェントが納得した社会規則は強い権威を持つ可能性が高いため、ほかのエージェントに拡散することができる。社会規則の権威は数量と搭載エージェントの集合社会地位で判断される。本研究テーマは新たエージェント社会規則進化の集合拡散モデルを提案する。そのモデルで、多数エージェント(数量多数と地位多数)を搭載する社会規則は集合的にほかのエージェント(拡散エージェント)に次第に拡散する。同時に、拡散エージェントは各自の社会規則と社会地位をベースして拡散に反作用を与える。拡散結果は拡散影響力と反作用力の比率を依頼する。(3)エージェント社会規則進化での単一化動向並行拡散:現実社会には、エージェント間の多くの拡散過程は並行に発生する。その並行エージェント社会規則拡散には、すべてのエージェントは単一の社会規則を選択する動向がある。それを単一化動向と呼ばれる。本研究テーマには並行社会規則拡散の新たモデルを提案する。そのモデルで、エージェントの社会規則は自身に耐える拡散とほかのエージェントに耐える拡散過程で判断される。それに、エージェントはシステムを単一になるために、システムの平均社会規則に傾向がある。将来の研究は各エージェント組織種類が社会規則拡散に対する影響とエージェント社会規則拡散の動態性である。それに、拡散インタラクションによってエージェント社会規則のシステムモデルを構築する。社会的メカニズムは、社会的な組込みマルチエージェントシステムがオープン環境で成功することを提供する。特に、人間社会に組込まれる時に有効である。なお、もっと多くの人間とエージェントが共存すれば、エージェント行為に合理的にするために、シナリオのような社会的制約が必要となる。・エージェント社会的法の進化における階層的な直接的拡散;・エージェント社会的法の進化における集中的拡散;・エージェント社会的法の進化における統一傾向を持つ並行拡散;・エージェント社会的法の拡散におけるローカルインタラクションと非ローカル協調;・インタラクション構造に基づきエージェント社会的法の決定モデル;・エージェントインタラクション中の制約関係トポロジーからの社会的法の抽出;・マルチエージェントにおける小さな動揺への社会的規約のセンシティビティ;・ローカル拡散効果と社会構造的影響のトレードオフによるエージェント協調モデル.今後はエージェント社会的メカニズムのダイナミックスについての研究に注目する予定である。これにより、拡散インタラクションによるエージェント社会的メカニズムのシステマチックなモデルを構築できるようになる。
地域間コミュニケーションを通じたコミュナルな地域文化の情報発信に関する実践的研究

本研究では、実践型教育研究プログラム「ローカルの不思議」プロジェクトを通じて、自らが居住する地域について、画一的なステレオタイプを克服して新たな地域イメージを再発見・再認識していくプロセスについて明らかにした。とくに、地域の図書館や博物館、地域メディア、あるいは地域の市民活動団体などとの間で連携を行い、地域文化について認識を深めていく方法について明らかにした。さらに、地域間交流の方法論として、SNSや映像投稿サイトを活用したコミュニケーション・プログラムについて検証を行った。1.地域イメージの再発見・再認識を目的とした地域間交流の実践的研究「ローカルの不思議」プロジェクトを、全国10地域に所在するのべ11大学・短大および4高等学校の参加により実施した。本プロジェクト実践を通じて、図書館や博物館、情報館などの地域の文化施設などと協力しながら、自らの地域文化への理解を深めると同時に、マスメディアで広く流布されている画一的でステレオタイプの影響を強く受けたものとは異なる視点から地域イメージを他地域へと伝えていくための実践的方法とその課題を明らかにした。2.東日本大震災をめぐる被災地域の内と外の間、および被災地の外の各地域間での地域間交流を行う実践的研究「BM311」プロジェクトを、前期と後期にそれぞれ1回ずつ実施した。前期実践においては被災地外2地域と宮城地域、後期実践においては被災地外3地域と宮城地域が参加して実施した。各地域における災害とのかかわりを地域の社会文化的な文脈に基づいて把握、分析することで、災害の観点からみた地域文化の差異について理解していくための実践的方法と課題とを明らかにした。また、災害をめぐる各地域の施設や団体と連携することで、各地域に蓄積されている災害に関する知識や経験を、地域間の直接的交流によって継承していくための情報回路のあり方について実践的に検証した。3.プロジェクト実践において、コミュニティFMやケーブルテレビなどの地域メディアとの連携や、地域の文化拠点である図書館や博物館などの文化施設との連携しつつ、地域間コミュニケーションの新たな回路作りの実践を行った。これらの実践を通じて、東京を中心としたメディアを介在したナショナルな視点による地域間交流ではなく、地域と地域が直接に相互交流していくためのコミュニケーション・デザインのための方策と課題を明らかにした。1.地域イメージの再発見・再認識を目的とした地域間交流の実践的研究「ローカルの不思議」プロジェクトを、全国4地域に所在するのべ3大学・短大および1高等学校の参加により実施した。本プロジェクト実践を通じて、図書館や博物館、情報館などの地域の文化施設などと協力しながら、自らの地域文化への理解を深めると同時に、マスメディアで広く流布されている画一的でステレオタイプの影響を強く受けたものとは異なる視点から地域イメージを他地域へと伝えていくための実践的方法とその課題、およびそのための方策を明らかにした。2.東日本大震災をめぐる被災地域の内と外の間、および被災地の外の各地域間での地域間交流を行う実践的研究「BM311」プロジェクトを、後期に実施した。実践においては被災地外として新潟地域と被災地として宮城地域が参加して実施した。各地域における災害とのかかわりを地域の社会文化的な文脈に基づいて把握、分析することで、災害の観点からみた地域文化の差異について理解していくと同時に、それらを他地域へと発信していくための具体的方策について明らかにした。また、災害をめぐる地域の機関や団体と連携することで、各地域に蓄積されている災害に関する知識や経験を、地域間の直接的交流によって継承していくための情報回路のあり方について実践的に検証した。3.プロジェクト実践において、コミュニティFMやケーブルテレビなどの地域メディアや図書館や博物館などの地域の文化施設との連携しつつ、フェースブックなどのSNSを活用することにより、地域間コミュニケーションの新たな回路作りの実践を行った。1.地域イメージの再発見・再認識を目的とした地域間交流の実践的研究「ローカルの不思議」プロジェクトを、全国のべ11地域の8大学・短大および3高等学校の参加により実施した。本プロジェクト実践を通じて、図書館や博物館などの地域の文化施設などを活用し協力しながら、マスメディアで広く流布される画一的でステレオタイプの影響を強く受けた地域イメージに対抗して、地域文化の理解を深め、かつ他地域へとそれを伝えていくための実践的方法とその課題を明らかにした。2.東日本大震災に対応して、被災地域の内と外の間および被災地の外の各地域間での地域間交流の実践的研究「BM311」プロジェクトを、被災地外3地域と東北地域との間で実施した。各地域における報道のあり方や支援活動の状況について、地域の社会文化的な文脈に基づいて把握、分析することで、震災の観点からみた地域の社会文化の相違点について明らかにした。また、被災地の公共機関で展開される映像アーカイブや被災地内外の地域メディアとの連携により、ナショナルな視点へと還元されない形で、被災地域内外の間や被災地外地域間で直接的に相互理解を進めるための視点や情報回路の獲得の仕方について実践的に明らかにした。

3.プロジェクト実践において、地域のコミュニティFMやケーブルテレビなどの地域メディアとの連携や、フェースブックなどのSNSを活用することにより、地域間コミュニケーションの新たな回路作りの実践を行った。また、地域の映像文化を海外の公共施設を拠点にした海外向けの発信活動も行った。これらの実践を通じて、ナショナルなメディアにより東京の視点を介在した地域間交流ではなく、地域と地域が直接に相互交流していくためのコミュニケーション・デザインのための方策と課題を明らかにした。地域イメージの再発見・再認識を目的とした地域間交流の実践的研究「ローカルの不思議」プロジェクトを、新たな参加校を加えて、全国10地域ののべ11大学・短大および4高等学校の参加により実施した。それと同時に、東日本大震災における地域間の認識の格差に着目し、同プロジェクトの観点と目的とを共有しつつ、とくに災害に関連した地域の社会文化に関する地域間交流の実践的研究「BM311」プロジェクトを実施して、新たな地域文化の再発見・再認識に関する実践研究を進めた。また、各地域のコミュニティFMやケーブルテレビなどの地域メディアや、せんだいメディアテーク、中越メモリアル回廊などの地域における公共的な文化施設と連携することで、東京などの中央を介しない地域と地域とをダイレクトに結ぶ地域間コミュニケーション・プログラムのデザインについての実践研究を進めた。また、両プロジェクトの実践を通じて、各地域についての地域文化の表象についての実態についても調査を進めた。地域イメージの再発見・再認識を目的とした地域間交流の実践的研究「ローカルの不思議」プロジェクトを全国のべ11地域の8大学・短大および3高等学校の参加により実施すると同時に、東日本大震災の発生に対応して、同プロジェクトの観点と目的とを共有しつつ、震災に関連した地域の社会文化についての地域間交流の実践的研究「BM311」プロジェクトを実施して、新たな地域イメージの再発見・再認識に関する実践研究を進めた。また、各地域のコミュニティFMやケーブルテレビなどの地域メディアや、せんだいメディアテークの映像アーカイブ事業と連携することで、地域間コミュニケーション・プログラムのデザインについての実践研究を進めた。また、両プロジェクトの実践を通じて、各地域についての地域文化の表象についての実態についても調査を行った。さらに、地域メディアにおける地域文化の情報発信の実態についても、調査実施に向けた準備作業を行った。地域イメージの再発見・再認識を目的とした地域間交流の実践的研究「ローカルの不思議」プロジェクトを全国の大学・短大および高等学校の協力により実施する。その際に、地域文化に関する情報の発掘や収集、および情報の発信において、図書館や博物館、公民館、および市民団体等の組織・団体との連携をさらに進め、地域間交流の実践的方法とその課題を明らかにしていく。
ACカロリメーター比熱測定による生体高分子の協同的立体構造変調の研究

本研究では、生体高分子の溶媒中での動的ミクロ構造変調を高精度に測定するACカロリメーター比熱測定装置(ACCS)の製作と、それを使用して蛋白質分子の立体構造における協同的な変性過程に発生する微弱熱エネルギー変化(数μm)、および各種の相変性に伴われるエントロピーを調べるのが主な目的である。生体高分子の立体構造の構造的変性は主に約-5°C60°Cの温度領域で発生して、これらの構造変化は溶媒の生理的、生化学的条件にも大きく左右される。従って、生体高分子の溶液中における構造変性を調べるのには本ACCSが有効である。本ACCSでは、先ず(1)試料に約23Hzの交流ハロゲン・パルス光を照射して、試料容器壁背面に接着した熱電対(10μm)でその交流熱流(数十μV)を高精度に検出する。また、(2)入射パルス光の周波数を測定するために光路に設置した光センサーにより電圧(数mV)を測定する。次に、電源等からのバックグランド信号を除去するために、(1)と(2)からの出力信号を同期化増幅器(ロッキンアンプ)において指定交流成分のみを高精度に測定する。さらに、交流パルス光の高調周波数成分を除くために、パソコンに収録された観測データはフーリェ、逆フーリェ変換により解析が行われる。溶液中での生体高分子の可逆的・非可逆的な構造特性を調べるには、出来るだけ試料(蛋白質分子、核酸、酵素)が生理的、生化学的に安定な環境を維持できるように、試行錯誤的に試料室を開発してきた。試料容器としては、直径約5mm、深さ3mm、厚さ数十μmのアルミニウム性の容器が熱伝導に最適であることが明らかになった。この容器の背面に極小なクロス熱電対が接着されている。これまで、本ACCSを用いて、モノマーの22%卵白リゾチーム、ポリマーの22%牛アルブミン溶液での蛋白質分子の構造変性を-10°C70°Cの温度領域で観測してきた。リゾチーム分子では連続的な構造変調、アルブミン分子では数量体によるイオンクラスターが約65°C近傍以上で分離・解離機構を示す事が明らかになり、本装置系の有効性が確証された。生体高分子の示す立体構造の構造変調について、本研究で開発している高精度な生体高分子専用ACカロリーメーター比熱測定装置の製作が今年度な主な研究である。このために、低周波(23Hz)パル光発生器、光検出器の開発、微小生体高分子結晶の試料ホルダー(熱電対)、および試料からの微量熱伝導(熱拡散)信号をロックインアンプにより光参照信号と同期するACカロリーメーター比熱測定装置を完成した。特に、ロックインアンプからのDC出力をパソコンに転送して、データの収録、解析が行なえるので、生体高分子が示す構造変調についての研究が可能になった。現在、この比熱測定装置に使用する各種たんぱく質分子結晶の作成を併行して行なっているが、十分なサイズが入手できるようになっている。今後、本装置を用いて、生体高分子の示す立体構造を環境(温度、溶媒等)との相関について調べる。
緑のカーテンによる生活環境改善手法に関する研究

本研究は、緑のカーテンの効果や特性を、それを活用する者の生活行動との関連性から導きだし、そこからより効果的な緑のカーテンの活用方法を導くことを目的とした。UR都市機構が所有する団地の空き住戸を用いて、緑のカーテンによる屋内温熱環境改善効果測定実験及び緑のカーテンによる視覚効果の検証実験を実施し、緑のカーテンによる屋内温熱環境改善効果及び窓辺景観改善による体感温度の低減効果が確認できた。また、緑のカーテン設置者に対するアンケート調査から、緑のカーテンによって窓の開放が促されるといった生活動態の変化が現れることが確認でき、実験で得られた緑のカーテンの特性が裏付けられた。緑のカーテンは、夏季における住環境の温熱環境改善に寄与するが、それは単に植物による日射遮蔽効果によるだけでなく、実際には窓の開閉といった生活スタイルとの関係が大きいと考えられる。このため、緑のカーテンによる生活環境改善効果を把握するためには、物理的改善効果・生活スタイルと使用方法・利用者の主観的価値判断などの多面的な角度から検証する必要がある。平成23年度は、まず緑のカーテンによる物理的環境改善機能を把握するため、独立行政法人都市再生機構が所有する集合住宅を用いた、異なる緑のカーテンの設置状況による比較実験を実施した。窓を締め切った状態での、緑のカーテンによる屋内温熱環境改善効果の測定実験の結果、簾などの他の日射遮蔽物と比べても、緑のカーテンによるより高い屋内温熱環境改善効果が見られた。また、緑のカーテンの設置量に伴って屋内温熱環境のより大きな改善が見られた。さらに、緑のカーテンは窓の開閉などの生活スタイルがその効果に大きく影響するとの仮定のもとに、窓の開放時における屋内温熱環境を、体感温度の観点から測定・評価を行った。その結果、窓の開放時においても、緑のカーテンによる屋内温熱環境改善効果の有利性が明らかになった。加えて、同時に浜松市で実施した緑のカーテン実施者へのアンケート調査結果から、緑のカーテンによる電気使用量の経年変化を把握するとともに、緑のカーテンによって窓の開放が促されることも明らかになった。平成23年度はUR都市機構所有する団地の空き住戸を用いて、緑のカーテンによる屋内温熱環境の変化を測定した。異なる条件での比較実験から、緑のカーテンによる屋内温熱環境改善効果が確認できた。また、浜松市内の緑のカーテンの設置者に対するアンケート調査を実施し、各家庭の電気使用量の経年変化から、緑のカーテンによる夏季の節電効果を導いた。さらに、平成24年度には緑のカーテンによる視覚効果の検証実験を行ったところであり、緑のカーテンによる窓辺景観の向上が、被検者の体感温度に影響を与えていることが分かった。平成25年度は、平成2324年度に得られた緑のカーテンの効果の知見が、実際の集合住宅における生活の中でも合致する内容であるかの検証を行った。具体的には、緑のカーテンに関する知見をまとめた冊子とアンケート調査票を、UR都市機構の団地に居住する緑のカーテンを実践する世帯に対して配布した。全国の約6千戸の世帯に配布し、その回収票の集計結果から、実験で得られた結果と合致することが明らかになった。特に、緑のカーテン設置によって窓の開放が促され、年齢が髙い者ほどその傾向が顕著であることも明らかになった。また、緑のカーテンによる視覚効果が大きいという実験結果を受けて、視覚効果に特化した新たな緑のカーテンを提案した。室内側に観葉植物等をあしらった窓辺景観向上効果に資する形態の試験体と、窓ガラスに直接プランターを接着させる方式の試験体の2つのタイプを製作し、これらの試験体を国営昭和記念公園及び国営沖縄記念公園にて試験展示した。公園利用者へのアンケート調査からは、これら試験体について高い評価が得られた。平成24年度は、東京都足立区にあるUR都市機構所有の花畑団地の空き住戸を活用して、緑のカーテンの有無による心理効果の検証実験を実施した。平成23年度に別の団地の空き住戸を使用して測定した緑のカーテンによる節電効果よりも、アンケート調査から求めた実際の家庭の緑のカーテンによる節電効果の方が大きい傾向が見られたことから、単なる物理的環境改善効果以外の要因の存在可能性がうかがえたこと、また、アンケート調査では、室内から見える緑のカーテンの窓辺景観が心地良く涼しげだという指摘が多数あったことから、緑のカーテンの存在によって心理的に室内温度をより低く感じ取っている可能性があったために、心理効果の検証実験を実施したものである。心理効果の実験の被験者として花畑団地居住者及び当団地の工事関係者から参加希望者を募り、98名の参加があった。実験は、4居室を使用し、2居室に緑のカーテンを設置し、他の2居室には何も設置しなかった。

これらの4居室にはエアコンを設置して、屋内の室温を強制的に調整できるようにした。その上で、部屋の中央に据え付けた各種センサー(室温、放射温度、湿度、風速)などをもとに温熱環境指標であるSET*を求めた。また、一方で、被験者には各室内の温冷感を申告してもらうこととした。申告の方法は数値評定尺度と直線評定尺度を用いたので、評価を数値に換算することが可能である。こうして求めたSET*と申告値の関係から、緑のカーテンを設置した部屋で心理的に感じる室温は、緑のカーテンの無い部屋よりも低く感じ取っていることが分かった。つまり、緑のカーテンによる心理効果が確認できた。研究予定では、平成23年度には、UR都市機構が所有する集合住宅の建築物を活用した実験によって、緑のカーテンによる屋内温熱環境改善効果を把握することとしていた。また、特に、窓の開放時における屋内の温熱環境改善効果も把握することとしていたが、それらについて予定通りに実験を実施し、結果のとりまとめを行うことができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は平成23年度から実施してきており、平成23年度は千葉県柏市にあるUR都市機構所有の豊四季台団地の空き住戸を用いて、緑のカーテンによる屋内温熱環境改善効果を測定した。比較条件は、緑のカーテンの設置面積の違いや他の素材(簾)との比較で、この実験の結果、緑のカーテンによる屋内温熱環境改善効果が確認できた。また、窓を開け放った状態での屋内の体感温度測定実験でも、緑のカーテンの有利性が確認できた。平成23年度には、併せて浜松市内の緑のカーテンの設置者に対するアンケート調査を実施し、各家庭の電気使用量の経年変化から、緑のカーテンによる夏季の節電効果を導いた。また、同時に緑のカーテンの利用実態等について尋ねたため、維持管理の頻度や窓の開閉状況などの被験者の動態が把握できた。この結果、緑のカーテンの設置によって窓の開放がうながされるという結果が得られた。このことは、集合住宅を使った実験から得られた結果とも一致するところである。なお、平成23年度の研究結果からは、測定実験によって得られた緑のカーテンによる節電効果よりも、アンケート調査から得られた節電効果の方が高いことから、平成24年度に緑のカーテンの有する心理効果の把握のための実験を行ったところであり、実験によりその効果が確認できた。以上のような一連の研究を通じて、緑のカーテンの多面的な効果の把握と、効果的な活用方法に関する知見の集積が得られたところである。本研究課題の研究目的は、緑のカーテンの効果や特性を、それを活用する者の生活行動との関連性から導きだし、そこからより効果的な緑のカーテンの活用方法を導くことにあったが、現状までの間では、期待通りの実験結果が得られている。よって、本研究はおおむね予定通りに進捗していると考える。当初の研究計画通り、平成24年度は、UR都市機構の所有する集合住宅を用いて、緑のカーテンが有すると考えられる心理的要因による体感温度の軽減効果について実験を実施する予定であり、現在その準備を進めているところである。実験実施に際しての課題は特にない。
教員養成大学における体験学習の効果とカリキュラ開発の普遍性に関する総合的研究

本教師教育に関する研究では、教師の成長を教師の体験性と理論の相互作用としてとらえ、その上で、教師の体験を(1)自然体験による自然科学的認識、(2)社会体験による社会科学的認識、(3)生活体験による生活科学的認識の3つに分類して経験を提供した。(1)の自然体験では、ゴミ袋バルーン作りによる自然の不思議発見学習を行った。(2)の社会経験では、地域の産業学習として、酪農体験学習、鮭の養殖・捕獲・加工の体験学習、羊毛製造体験学習、を行った。生活体験では、郷土料理作りとその意味学習を行った。これらの体験学習によって、教師の教材の説明の幅が厚くなり、実感のこもった内容説明ができるようになることが明らかになった。また、体験の数が少なくても、深い実体験をすることによって、他の分野の説明にも応用が効くようになったことが明らかとなった。
国内絶滅危惧マングローブ樹種、ニッパヤシ保全のための遺伝的多様性研究

マングローブの一種、ニッパヤシ(Nypa fruticans)は熱帯と亜熱帯の潮間帯に生育するマングローブの一種であり、日本では沖縄県西表島の船浦湾、同じく内パナリ島に生育している。これらニッパヤシ群落は環境省レッドデータブックで絶滅危惧1A類に評価されているだけでなく、地球上のニッパヤシの北限でもある。本研究は西表島に生育する全てのニッパヤシ個体について、分子生物学的手法により遺伝的多様性を解明し、その結果を適切なニッパヤシ保全対策のための重要な知見として資することを目的とする。2012年春に調査区域の設置及び現地調査を実施し、位置情報及び環境因子に関する情報を収集した。現存するニッパヤシの全個体から葉の一部(10g程度)を採取し、乾燥剤で乾燥させた。採取した葉を細胞破砕機で粉末状にし、ニッポンジーンのDNA抽出キット、ISOPLANTIIを用いてDNAを抽出した。Jian et al. (Aquatic Bot any 2010)の情報に基づきマイクロサテライトマーカーを作成し、東北大学大学院農学研究科附属複合生態フィールド教育研究センターの陶山研究室の協力によりマイクロサテライトマーカーによる波形パターン解析を行った。その際、フィリピンのニッパヤシから採取したDNAをリファレンスとして使用した。その結果、内パナリ島、船浦湾共に異なる集団であることが判明した一方で、それぞれの集団はほぼ1クローンから成立していることが明らかとなった。これは今後の遺伝的多様性を考慮した保全対策を進める上で非常に対応が難しいことを示唆している。研究結果は九州森林管理局を中心としたニッパヤシ保全委員会に提供し、今後のニッパヤシ保全対策について検討を進めている。その一方で、昨年度内パナリ島に新たなニッパヤシの実生が発見され、その実生が現存する内パナリ島の集団と同一であるかどうかを確認するための作業を進めている。この作業が終了次第、本研究課題を学術論文として取り纏め発表する。
児童の教室内問題行動と教師・児童間の相互交渉-学業不振とル-ル違反行動-

小学校5年生が学業及び学級内規範行動に関していかなる認識をもっているか、それがどのように行動に影響しているかを、【○!1】質問紙調査(5学校19学級の5年生に、学校関連規範意識、学級の雰囲気・運営に関する認識、学級適応感、家庭でのしつけに関する内容)、【○!2】授業中の児童の行動観察(3学校6学級の5年生から学力水準の異なる60名を選び、算数と学級指導について時間標本法で観察、同時に学級担任の発言も記録)、【○!3】教師評定(知能偏差値・学力偏差値・学業成績・行動評定・問題行動に関する配慮必要度等)の資料に基づき、以下の3つの観点から分析した。(1)算数の学力を規定する要因の分析授業関与行動の頻度、個別・対教師・対友人活動の頻度、学校・学級認知、家庭のしつけ、教師指導の特徴との関連を検討した。教師の学級経営上の配慮の重要性が、他の要因と複雑な交互作用を持って影響していることが明らかになった。(2)学校関連規範意識の構造とそれらに影響を与える要因の分析賞罰意識は規範意識や規範感情と異なること、男子は全般に義務モラリティ-優位であること、男子は学業面、女子は行為面で志望的であること、教師への信頼・親和を含む広い意味での学校適応感や積極的学習態度が、志望モラリティ-と正に関連することが明らかになった。(3)配慮必要児童の類型化と彼らの認識攻撃・被害・加害・無気力・多動・病弱等の特別に配慮を必要とする児童を担任教師に列挙させ、それらの問題行動群間の相関分析、各種の教師評定資料や規範認識・適応感・しつけ認識等との関連を見た。引籠型・多動型・攻撃型の3類型が抽出され、学習や生活習慣に対する家庭のしつけでの差異が類型間に見いだされた。小学校高学年児童の学業および学級内規範行動に関する行動・意識を〈1〉授業中の児童の行動観察、〈2〉質問紙調査によって検討した。(1)授業中の行動観察3小学校6学級の5年生で学力水準の異なる60名の児童の授業中の行動を、算数3時限と学級指導2時限ずつ、以前に我々が使用した形式を若干修正した評定リストにより、時間標本法を用いて観察し、同時に学級担任の発言も記録した(63・秋)。この結果は、学業関与の有無、個別・対友人・対教師行動の別等に範畴化・変教化したうえで、それらと、学力水準、学校・学級についての認知、家庭のしつけ、教師発言の態様との関連を検討中である。(2)質問紙調査行動観察対象学級を含む5小学校19学級の児童600名を対象として、以下の質問紙調査を実施した(64・1)。〈1〉学校関連規範意識(学業と社会的行為に関する規範についての上昇志向・下限顧慮的認識および感情)〈2〉学級雰囲気・学級の運営および秩序についての認識、学校適応感〈3〉自主的・効率的学習に必要な人格特性〈4〉親からの賞罰を中心とした家庭のしつけについての認識(3)基礎資料調査5年2学期の基本4教科についての5段階評価、指導要録記載の徳目に愛他行動を加えた14項目についての教師の評定、加害・多動・孤立等9種の問題行動に関する配慮の有無についての評定の3種の資料を入手した(64・1)。現在、行動観察結果については、その全体的傾向は分析ずみ。質問紙調査結果と基礎資料および両者の関連については、分析進行中。昨年度は、行動観察結果、質問紙調査結果、基礎資料、行動評定結果の総合的関連について分析・考察し、最終報告書をまとめる。

昨年度実施した資料の分析と部分的追跡研究を実施した。本研究では小学校5年生が学業及び学級内規範行動に関していかなる認識を持ち、行動するかを明らかにするために、(1)質問紙調査(5学校19学級の児童に、学校関連規範意識、学級の雰囲気・運営に関する認識、学級適応感、家庭でのしつけに関するもの)、(2)授業中の児童の行動観察(3学校6学級の5年生から学力水準の異なる60名を選び、算数と学級指導について時間標本法で観察、同時に学級担任の発言も記録)(3)教師評定資料(知能偏差値・学力偏差値・学業成績・行動評定・問題行動に関する配慮必要度等)を昨年度入手しておるが、本年新たに(4)6年時教師評定資料も入手した。これらの資料の分析を次の3つの観点から実施した。1.算数の学力を規定する要因の分析授業関与行動の頻度、個別・対教師・対友人活動の頻度、学校・学級認知、家庭のしつけ、教師指導の特徴との関連を検討した。2.学校関連規範意識の構造とそれらに影響を与える要因の分析賞罰意識と規範意識や規範感情の関係、規範意識と規範感情の性差、学校適応感や学習関連人格特性との関連を検討した。3.配慮必要児童の類型化と彼らの認識教師からみて特別な配慮を必要とする児童を担任に抽出してもらい、それらの問題行動群間の相関分析、各種の教師評定資料や規範認識・適応感・しつけ認識等との関連を見た。3類型が抽出され、学習や生活習慣に対する家庭のしつけでの差異が見いだされた。
サンプルパス法による待ち行列システムの過渡特性の研究

本研究では、生産工程など各種システムでの要求と能力の動的なバランスを取るための基礎研究として待ち行列モデルを取り上げ、その過渡特性について検討を進めた。システムの状態遷移を、累積到着数iおよび累積離脱数jの対を状態空間とした格子上のランダムウォークとして表現し、lattice pathの数え上げ問題に還元するサンプルパス法によるアプローチをとり、昨年度までに得られていたM/M/c待ち行列システム過渡解を、より複雑な待ち行列モデルに拡張した。これにより、数値計算容易な理論過渡確率解pij(t)を与え、以下のような各種モデルの動的特性について数値計算法を提案した。1.システムの状態をフェーズに細分化した定式化を行い、到着分布をア-ラン到着に拡張したM/E_S/1待ち行列システムの過渡解を得た。2.深さ制限を受けたLattice pathの数え上げ方法を与え、システム容量の制限を考慮したM/M/1/m待ち行列システムの過渡解を得た。このモデルは、システム容量の制限のないモデルに比べパス本数が減少し、過渡解の計算量が減るので、本研究のアプローチがより有効であることがわかった。3.到着率やサービス率が時間軸上でpiecewiseに変わるシステムに対して過渡解を求める方法として、負荷の変化時点ごとに得られた過渡解をつなぎ合わせていく数値解法を提案し、この種のシステムの過渡特性を明らかにする方法を与えた。今後の課題としては、タンデム型モデルなどへの解の拡張や、過渡解の数値計算法の改良が挙げられる。
重力変動や閉鎖環境による循環調節機構の変化

これまでの遠心過重力負荷の研究から、負荷中の脳血流の経時的変化について捉え論文発表した。その結果から、同装置の研究および実際の宇宙開発での今後の使用に際し、負荷中の脳循環の簡便なモニターが必要と考え、平成30年度は、脳循環のモニターとして普及が進んでいる近赤外分光計を測定機器として加えた実験を行った。その結果、全般的脳血流量と局所脳組織酸素飽和度の変化の違いを捉えた。また、微小重力曝露に伴う循環血液量や血管内水分量の減少による脳循環や頭蓋内圧の変化についても明らかにしてきた。特に平成30年度は、微小重力環境への持続的な曝露に伴う血管内水分量の減少を利尿剤投与により模擬した実験のデータから、頭蓋内圧や脳循環指標の変化を評価した。その結果、10%程度の血管内水分量の急性な減少は頭蓋内圧には影響を与えないものの脳血流速度の拍動性指標を低下させ、脳循環のインピーダンスを低下させると考えられ、原著論文として報告した。JAXAが実施した閉鎖環境適応訓練設備での実験から得たデータに関して、解析とまとめを進め、14日間の閉鎖環境曝露は脳循環調節機能を悪化させる可能性があることを捉えたので、そのことを論文発表した。また、「睡眠導入剤がヒトの循環系に及ぼす影響」の実験の結果から、一晩の絶飲食による脱水が脳循環調節や体循環調節に影響を及ぼす可能性を捉えたので、その影響を検討する実験を平成30年度に開始し、予定被験者15名中9名のデータ測定を終えた。国際宇宙ステーションの宇宙飛行士を対象に、長期宇宙滞在により頭蓋内圧や脳血流が影響を受けるかを検討する実験も継続した。その実験においては国際宇宙ステーション滞在前後で、脳血流速度波形と橈骨動脈血圧波形を記録し、その波形の関係から非侵襲的に頭蓋内圧を評価した。予定した全11例のデータ測定を平成30年度に完了し、頭蓋内圧や脳血流速度の変化を捉えた。これまでの主要測定機器整備に加え、研究成果から追加検討をすると有益となると考えられたパラメーター(局所血流計)や負荷(ティルトベッド)用の機器を平成30年度に購入した。それにより、日本大学医学部での遠心人工重力装置とティルトベッドによる重力実験と、ヒューストンNASAおよび筑波宇宙センターでの宇宙飛行士対象実験、治験施設での一晩の絶飲食による脱水の循環影響の実験を、並行してほぼ同様の仕様の測定セットで実施できている。そのため、非常に効率よく各種環境因子の循環影響の研究がすすめられており、得られた研究成果を順次、国内外の学会で発表し、さらに論文としても発表し、順調に研究成果がでている。ただし、ヘッドダウンティルト実験においては、角度を増した負荷レベルと脳循環の量影響関係の検討においては、昨年度、機器整備の関係で予備実験を終了させるに留まったので、今年度は、その予備実験結果に基づき、早期に本実験を実施する予定である。また、重力変動による循環調節機構の変化の研究に関しては、あらたな実験実施だけでなく、これまで実施した研究の更なる解析等を過年度に引き続いて実施し、研究成果を論文発表した。特に、ケンブリッジ大学が主となり開発した脳循環調節機能と頭蓋内圧を解析可能な最新コンピューターソフトのライセンスを購入しているが、それらを使用してこれまで以上に多くの情報が得られている。加えて、国際宇宙ステーションに滞在する宇宙飛行士を対象に脳循環や頭蓋内圧の変化を明らかにする実験においては、飛行前後のみの測定は、予定していた全11例を昨年順調に完了できた。そして当初の予定通り、地上実験で得た個々の因子の循環影響と、複数因子の循環影響である宇宙飛行士の実験結果の比較検討を開始した。さらに平成30年度に、宇宙飛行中に脳循環のデータを測定する実験も開始し、更なるデータ取得を進めている。これまで遠心重力負荷研究において、全般的脳血流と局所脳組織酸素飽和度の変化の違いを捉えたので、今後より詳細に分析し海外の学会や雑誌において発表する予定である。また、同実験から、重力負荷中の過換気により二酸化炭素濃度が低下した際に局所脳組織酸素飽和度が興味深い変化を示す可能性を捉えた。これを検討する実験も行う予定である。また、昨年度から頭部臓器の測定において内頸動脈系だけでなく外頸動脈系の測定を加えて比較する計画を開始した。これに角度を増したヘッドダウンティルト実験を組み合わせ、負荷レベルと脳循環の量影響関係を明らかにする研究を実施する。昨年度は、座位において頭部を前後屈させた際の前庭刺激等が血圧変動や脳循環に及ぼす影響を検討したので、その結果をまとめ積極的に海外などの国際的な発表の場で発信したい。また、睡眠導入剤実験の結果からヒントを得て、一晩の絶飲食による脱水が循環調節に及ぼす影響の研究を昨年度開始し、予定被験者15名中9名のデータ測定を終えた。今年度、残り6名を完了させ結果をまとめる。国際宇宙ステーションに滞在する宇宙飛行士の頭蓋内圧・脳循環を飛行前後で評価する実験において予定した全11例のデータ測定を完了した。現在結果を解析し頭蓋内圧や脳血流速度の変化が捉えられているので、その変化を起こした原因検索のため、関連する検査データとの比較検討を行う。またマサチューセッツ工科大学とテキサス大学の海外の研究協力者との連携を深め分析精度の向上を目指す。さらに昨年度、宇宙飛行中に飛行士自身に脳循環のデータ測定をしてもらう実験を開始したので、今年度はより積極的にヒューストンNASA、筑波JAXAに出張しデータ測定を加速したい。

これら宇宙実験の結果と、地上研究で得られている結果との比較において、多様な観点から検討して、宇宙環境因子の統合的な循環影響についてまとめる予定である。本年度は、日本大学医学部における重力変動の実験と、筑波宇宙センターにおける閉鎖環境の実験に際し、循環系の生理学データを測定するのに必要な連続血圧計と超音波血流計、そして測定したデータを記録・解析するソフトウェアを購入し、現有機器と併せて実験環境を整備した。その際、異なった施設における重力変動実験と閉鎖環境実験を同一な測定セットで同時期に実施するため同一の機器を二台ずつ購入した。特に、筑波宇宙センターでの測定環境整備が予定より早く進み、JAXAが実施した2週間の閉鎖環境実験に参加できた。また日本大学医学部での重力変動の実験も同時に開始した。閉鎖環境実験の成果:筑波宇宙センターの閉鎖環境適応訓練設備での2週間の実験において、その入室前日および退出翌日に、循環系データを測定した。その結果、2週間の閉鎖施設滞在により、脳血流や血圧、心拍数には変化がなかったが、一方で、脳循環の調節機能の指標(Gain:血圧変動と脳血流変動の伝達程度)が増加し、脳循環調節機能が悪化したことが示唆された。重力変動実験の成果:頭から足方向への重力を変えて様々な重力が脳循環に与える基礎生理学的な影響を検討した。その結果、重力の負荷が増えていくと、血圧は維持されるものの、脳血流は減少した。本研究結果より、重力負荷により血圧が低下しなくとも脳血流が低下する可能性が示唆された。本研究成果を原著論文として英文誌に発表した(成果発表、原著論文)。また、模擬微小重力曝露が網膜、脈絡膜の血液量・厚さに与える影響についても検討した。宇宙滞在中と同様に、頭部方向に体液が移動した際の眼球組織の脈絡膜の肥厚(血液量増加)に関する実験データの解析を行った。微小重力を模擬した10度頭を下げた状態で仰臥位になるヘッドダウン実験を30分行った際に、座位に比べて脈絡膜が有意に厚くなるが、厚くなる程度は眼球内の位置により違いがあった。主だった実験プロジェクト(閉鎖ストレスと運動が循環系に及ぼす影響の研究、幅広い強度の重力が循環系に及ぼす影響の研究、睡眠導入薬の循環系への影響の研究)に関し、前提となる倫理委員会での承認、実験環境整備などが順調に進み、予定の実験を開始している。応募時に予定していた測定系の整備については、削減された予算規模にあわせて、平成27年度は主要測定機器に絞って、かつ、二台ずつ購入できるスペックの機器にした。これにより現有機器とあわせて、日本大学医学部での重力実験と筑波宇宙センターでの閉鎖環境曝露実験を、同時期に同じ仕様の測定セットで実施できるように整備した。未整備の一部の測定機器は来年度以降に他予算などからも購入することを検討中である。筑波宇宙センターにおける閉鎖環境曝露実験に関しては、測定機器の整備や他の計画研究班との測定プロトコールの調整・詳細化が予定より早く進んだ。そのため、平成28年度以降に参加を予定していたJAXA実施の閉鎖環境曝露実験に、平成27年度から参加し、主要な循環調節系に関するデータを測定できた。そのデータを解析し、閉鎖環境曝露により脳循環調節機能が悪化することを示唆する興味深い結果を得た。
先進複合材料の破壊特性向上へ向けた微視構造最適化に関する数値解析的研究

本研究では、様々な微視構造(繊維の断面形状、直径、配置のばらつき)を有する炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の巨視的な弾性・破壊特性を包括的に調査可能な数値解析手法開発に取り組んでいる。具体的には、拡張有限要素法(XFEM)、均質化法、モンテカルロ法を組み合わせた独自の微視構造解析ツールを開発している。提案ツールの特徴はXFEMを導入することで微視構造をメッシュと独立にモデル化可能となり、従来手法では実現困難であった、膨大な微視構造候補に対する網羅的な数値解析的調査が可能となる点である。初年度(平成30年度)においては、まず弾性特性の評価手法確立を目標に開発に取り組んだ。開発手順としては、まずXFEMコードを開発し、次に均質化法、モンテカルロ法を統合して微視構造解析ツールを構築した。さらに、開発手法を用いて、様々な繊維形状のCFRPの巨視的な弾性特性評価を実施し、弾性特性の繊維形状依存性を評価した。初年度に得られた成果としては、1XFEMはFEMと同程度の予測精度を有すること、2微視構造解析ツールが通常形状・通常径のCFRPの弾性特性(実験値)をばらつきも含めて評価可能であること、3開発手法を用いた非円形繊維のCFRPの解析により、四角形繊維では円形繊維に比して繊維直交方向ヤング率、せん断弾性係数が向上し得ることが明らかとなったこと、などが挙げられる。特に、3の知見は過去に報告されておらず、そもそも様々な繊維形状の弾性特性を比較した数値解析もなされていないことから、本研究の独自性であるといえる。該当研究の成果は、既に今年度の国内学会3件、国際学会5件にて発表済みであり、国際誌へ論文を投稿中である。さらに、来年度も国内学会3件、国際学会3件にて発表予定である。申請時の計画では、平成30、31年度を通じてXFEM・均質化法・モンテカルロ法を統合した微視構造解析ツールを開発し、平成32年度に非円形繊維の弾性・破壊特性評価を実施する予定であった。現在の進捗が「当初の計画以上に進展している」と判断する根拠について以下に述べる。初年度(平成30年度)においては、弾性特性評価までではあるが、微視構造解析ツールの開発および妥当性検証が完了した。さらに、非円形繊維からなるCFRPの巨視的な弾性特性評価を実施し、巨視的な弾性特性に関する非円形繊維の円形繊維に対する優位性を確認した。これらの内容は一部ではあるが平成32年度の実施内容までを含んでいる。今後、破壊特性評価へと拡張する必要があるが、全体のフレームワークは開発してきた弾性特性評価手法と共通であり、必要なのはXFEMの拡充関数、樹脂の構成則など細部の改良となる。このため、破壊特性評価手法の開発に関しても一定の目途が立ったといえる。以上より、初年度の研究進捗状況としては、計画段階よりも前倒して進んでいると判断できる。初年度(平成30年度)までに弾性特性の評価手法を確立したため,今後は破壊特性の評価に取り組む。具体的な開発手順としては、まずXFEMコードを改良し、次に樹脂の塑性・損傷モデルを開発する。XFEMコードの改良においては、XFEMの拡充関数にランプ関数だけでなくヘビサイド関数を加えることで、繊維/樹脂界面でのひずみ場の不連続性、破壊発生時の変位場の不連続性をメッシュと独立に導入可能なXFEMコードを開発する。並行して、樹脂の塑性・損傷挙動を再現可能な構成則モデルの開発にも取り組む。開発手法の妥当性検証として、通常の繊維形状・繊維径のCFRPを対象とし、巨視的な破壊特性評価を行い、実験結果(文献値)と比較する。さらに、開発手法を用いて様々な繊維形状での巨視的な破壊特性評価に取り組み、破壊特性の繊維形状依存性を明らかにする。本項目は研究計画では平成32年度の実施項目としていたが、開発状況次第で可能であれば前倒して平成31年度に実施する。

特に、3の知見は過去に報告されておらず、そもそも様々な繊維形状の弾性特性を比較した数値解析もなされていないことから、本研究の独自性であるといえる。該当研究の成果は、既に今年度の国内学会3件、国際学会5件にて発表済みであり、国際誌へ論文を投稿中である。さらに、来年度も国内学会3件、国際学会3件にて発表予定である。申請時の計画では、平成30、31年度を通じてXFEM・均質化法・モンテカルロ法を統合した微視構造解析ツールを開発し、平成32年度に非円形繊維の弾性・破壊特性評価を実施する予定であった。現在の進捗が「当初の計画以上に進展している」と判断する根拠について以下に述べる。初年度(平成30年度)においては、弾性特性評価までではあるが、微視構造解析ツールの開発および妥当性検証が完了した。さらに、非円形繊維からなるCFRPの巨視的な弾性特性評価を実施し、巨視的な弾性特性に関する非円形繊維の円形繊維に対する優位性を確認した。これらの内容は一部ではあるが平成32年度の実施内容までを含んでいる。今後、破壊特性評価へと拡張する必要があるが、全体のフレームワークは開発してきた弾性特性評価手法と共通であり、必要なのはXFEMの拡充関数、樹脂の構成則など細部の改良となる。このため、破壊特性評価手法の開発に関しても一定の目途が立ったといえる。以上より、初年度の研究進捗状況としては、計画段階よりも前倒して進んでいると判断できる。初年度(平成30年度)までに弾性特性の評価手法を確立したため,今後は破壊特性の評価に取り組む。具体的な開発手順としては、まずXFEMコードを改良し、次に樹脂の塑性・損傷モデルを開発する。XFEMコードの改良においては、XFEMの拡充関数にランプ関数だけでなくヘビサイド関数を加えることで、繊維/樹脂界面でのひずみ場の不連続性、破壊発生時の変位場の不連続性をメッシュと独立に導入可能なXFEMコードを開発する。並行して、樹脂の塑性・損傷挙動を再現可能な構成則モデルの開発にも取り組む。開発手法の妥当性検証として、通常の繊維形状・繊維径のCFRPを対象とし、巨視的な破壊特性評価を行い、実験結果(文献値)と比較する。さらに、開発手法を用いて様々な繊維形状での巨視的な破壊特性評価に取り組み、破壊特性の繊維形状依存性を明らかにする。本項目は研究計画では平成32年度の実施項目としていたが、開発状況次第で可能であれば前倒して平成31年度に実施する。