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成果報告書詳細
管理番号20170000000439
タイトル平成26年度ー平成28年度成果報告書 SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)/革新的設計生産技術 計測融合計算化学を活用したスノースポーツ用品の最適化  
公開日2017/7/6
報告書年度2014 - 2016
委託先名国立大学法人東北大学
プロジェクト番号P14030
部署名IoT推進部
和文要約件名:平成26年度ー平成28年度成果報告書 SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)/革新的設計生産技術 計測融合計算化学を活用したスノースポーツ用品の最適化

(1)計測融合計算化学に基づくワックスの研究開発(i)計測融合計算化学に基づくワックスの最適化:浸透性,低摩擦性,低撥水性に関するシミュレーション評価を集中的に行い,世界トップレベルの競争力を持つワックス開発に注力した。(ii)競技者による官能試験の定量計測およびフィードバック:大学生トップクラス選手を中心とするワックスの雪上試験を行った。スキー滑走時のデライト感覚を計測し,競技者の感覚と滑走中の数値データとの比較を行い,ワックス開発へフィードバックした。(2)先端計測および構造解析に基づくスノーボードの研究開発(i)滑走中におけるスノーボードの応力ー歪み特性の解析・計測:回転競技用プレートを試作し,雪上における応力ー歪み特性評価を行った。各種試作品について,雪上でのターン時の応力ー歪み特性計測結果と,実験室での計測値との相関性を検証した。(ii)構造解析を利用したスノーボードの最適化手法の開発:回転競技用スノーボードを試作し,スノーボードの撓み剛性,捩れ剛性,振動特性の実験室内における評価手法を確立し,曲率半径を最適化した他,捩れ剛性,撓み剛性の組合せの最適点を見出した。(iii)競技者による官能試験の定量計測およびフィードバック:競技者による官能試験を行い,その計測データと各種センサーによる定量計測データとを照合し,滑走時におけるスノーボードの構造力学的特性を明らかにした。(3)先端計測および構造解析に基づくチェアスキーの研究開発(i)滑走中におけるチェアスキーの解析:チェアスキーの構成部品の中で開発優先度が高い風防(カウル)について,その有無の比較評価を実施した。(ii)構造解析を利用したチェアスキーの最適化手法の開発:CFD計算による空力性能解析,遺伝的アルゴリズムを用いた形状最適化,3Dプリンターを用いた供試体試作と風洞を用いた空力特性評価を行い,カウルの最適形状を求めた。(4)高精度環境計測およびフィードバックシステムの研究開発(i)雪氷温度精密測定技術:滑走性に大きな影響を与える雪表面を精密に計測するため,サーミスタを用いた0.1℃以下の高い確度を持つ温度計測システムを開発した。その温度計測システムを用いて温度計測を行い,滑走による雪面-滑走面境界温度変化プロセスを明らかにした。(ii)複数センサーを組み合わせた運動解析システムの開発:キネマティック測位が可能な携帯型高精度GNSSを開発した。本GNSSはモーションセンサや環境計測機能も搭載する。本GNSSを用いてスキーの動摩擦係数の計測を行い,0.01精度で動摩擦係数を計測することができた。(5)イノベーションスタイルの実践・実証(i)トップユーザーの感覚の定量化:トップユーザーによる官能試験を実施し,トップユーザーの感覚を(4)で開発した各種センサを用いて数値化し,感覚と計測データとの相関を取った。(ii)トップユーザーの感覚に基づくスノースポーツ用品の設計・開発・試作:トップユーザーの感覚を計測したデータに基づいて,マルチスケール・マルチフィジックス計算化学シミュレーション,数値流体力学シミュレーション,構造力学シミュレーション等を駆使し,スノースポーツ用品の開発・設計・試作を行った。そのスノースポーツ用品について,トップユーザーにより再度評価を実施した。
英文要約Title: SIP (Cross-Ministerial Strategic Innovation Promotion Program) / Innovative Design/Manufacturing Technologies, Optimization of Snow Sports Equipment Utilizing Measurement Integrated Computational Chemistry (FY2014-FY2016) Final Report

(1) R&D of waxes based on measurement integrated computational chemistry: (i) Optimization based on measurement integrated computational chemistry. We focused on software simulation on permeability, friction and water repellency to develop a new wax with the highest competitiveness. (ii) Quantitative measurement and feedback of sensory test by athletes. We performed a wax test during skiing mainly by top-level college athletes. We measured "sense of delight" during skiing and compared the delight with the data obtained by various sensors and fed back to the next wax development. (2) R&D of snowboards based on advanced measurement and structural analysis: (i) Measurement and analysis of stress-strain characteristics of snowboard and (ii) development of optimization method by structural analysis. We prototyped plates and snowboards for giant slalom race and stress-strain characteristics were evaluated in both field and lab. We evaluated and optimized on deflection rigidity, torsional rigidity and vibration characteristics and radius of curvature. (iii) Quantitative measurement and feedback of sensory test by athletes. Sensory test by athletes was performed and the result was compared quantitatively with measured data by sensors. (3) R&D of sit-skis based on advanced measurement and architectural analysis: (i) Analysis of sit-skis during skiing. We compared the presence of windshield, i.e. cowl. (ii) Development of sit-ski optimization method using structural analysis. Aerodynamic performance analysis by CFD, shape optimization by GA, prototyping using 3D printer, and aerodynamic characteristics evaluation using wind tunnel were performed to obtain the optimum shape of the cowl. (4) R&D of high-accuracy environmental measurement and feedback systems: (i) Precise measurement technology of snow temperature. A temperature measurement system with accuracy of less than 0.1 degrees C using thermistor was developed to analyze heat of ski-snow boundary during skiing. (ii) Development of in field motion analysis system. We developed a mobile kinematic GNSS with motion sensors. We estimated kinetic friction between ski and snow during skiing with precision of 0.01. (5) Practice and demonstration of innovation style: (i) Quantify the sense of top users. Top users' sense was quantified using various sensors and correlation was taken between the sense and measured data by sensors. (ii) Design, development, prototype of snow sports equipment based on top users' sense. We made snow sports equipment based on the correlation with software simulators such as multi-scale multi-physics computational chemistry. The new snow sports equipment was evaluated again by top users.
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