茨城大学
理工学研究科(工学野)
機械システム工学領域

教授

坪井 一洋

ツボイ カズヒロ
TSUBOI Kazuhiro

経歴

  1. 株式会社 計算流体力学研究所 研究員 1988/05-1994/02
  2. 花王 株式会社 数理科学研究所 研究員 1995/03-1996/03
  3. 茨城大学工学部システム工学科 助手 1996/04-1998/06
  4. 茨城大学工学部システム工学科 講師 1998/07-2002/03
  5. 茨城大学工学部システム工学科 助教授 2002/04-2007/03
  6. 茨城大学准教授工学部 2007/04-2013/03/31
  7. 茨城大学教授工学部 2013/04/01-現在

学歴

  1. 大阪府立大学 工学部 航空工学 1983/03 卒業
  2. 東京大学 工学系研究科 航空学 修士 1985/03 修了

学位

  1. 修工 東京大学 1985/03/29
  2. 博士(工学) 東京大学 1993/11/11

研究分野

  1. 流体工学
  2. 応用物理学一般
  3. 工学基礎

研究キーワード

  1. 流体力学
  2. 数値流体力学
  3. 非定常流体力
  4. スポーツの空気力学

研究テーマ

  1. 加速運動する物体に働く非定常流体力の計測と解明 2013/04-現在
  2. スポーツにおける投射問題の数理的研究 スポーツで見られる放物運動に対してその最大投射角の理論的導出を試みている.走り幅跳びの跳躍や砲丸投げの投射では助走の効果を取り入れた投射モデルを考えることで最適角を理論的に導くことができ,実測値を説明できる結果を得ている.また,抵抗や揚力が働く投射体に対する最適角の導出も試みている. 2007/04-現在
  3. 最適化手法に基づく非圧縮性流れの計算アルゴリズムの開発 対流項を回転形で表わした非圧縮性Navier-Stokes方程式が現代制御理論における状態方程式を形式的に対応することに着目して,現代制御理論に基づく流体方程式の計算法構築を試みている. 2005/04-現在
  4. 2流体方程式の数理的研究と着氷シミュレーションへの応用 数値流体力学の手法を着氷現象に応用することで構造物への着氷量やその位置の予測を試みている.このテーマに関連して,過冷却状態の水滴を含んだ大気のモデル化に関する研究やモデル方程式の数学的性質に関する数理的研究も行っている. 1997-現在
  5. オブジェクト指向方法論のシミュレーション分野への応用 2000-現在
  6. 数理モデルを用いた交通流シミュレーション 2001-現在

競争的資金等の研究課題

  1. 振動物体への着氷予測に関する数値シミュレータの開発 科研費 基盤研究(C)一般 2000/04-2002/03
  2. 振動翼上の着氷とその空力特性への影響に関する研究 科研費 科学研究費補助金 奨励研究(A) 1997/04-1998/03

著書

  1. システムと微分方程式 第2版 坪井一洋 三恵社 2019/10/01 978-4-86693-115-9
  2. システムと微分方程式 坪井一洋 三恵社 2011/04/01 978-4-88361-824-8 本書では、動的システムや場のモデルの具体例を通してそれらの数学モデルである微分方程式を説明します。第1章から第4章では対象の時間的変化を表わす状態モデルとその数学モデルとして常微分方程式を説明しています。第5章と第6章では場のモデルを説明しています。第7章にオブジェクト指向方法論を入れたのは、この方法論の基本的な考え方がシステムの定義と完全に一致するためです。付録にはExcel の簡単な活用例ものせました。理工系分野でのExcel の活用例は意外になじみが薄いようなのでひょっとすると役に立つことがあるかもしれません。

論文

  1. 研究論文(学術雑誌) 共著 加速度センサを用いた飛翔中の野球ボールの回転特性計測 長岡 大志, 荻野 尚哉,坪井 一洋,野田 茂穂,姫野 龍太郎 日本機械学会論文集 日本機械学会 85/ 876, 1-15 2019/08/25 10.1299/transjsme.18-00440 1個の低加速度センサと3個の高加速度センサで構成されたセンサ・ユニットを内蔵したレプリカの硬式野球ボールを用いて飛翔中のボールの回転特性(角速度,回転軸など)を計測するアルゴリズムを開発した.各センサの出力が並進加速度と回転加速度の合成となることから,これらの成分を分離する方法を検討した.そして,このボールを用いた飛翔実験を行い,本アルゴリズムの有効性を検証した結果,球速の異なるストレートとカーブの投球に対していずれの場合にも角速度と回転軸および回転半径を求めることができた.
  2. 研究論文(学術雑誌) 単著 質点の投射角を再考する 坪井一洋 大学の物理教育 日本物理学会 25/ 1, 34-37 2019/03/15 1340-993X 10.11316/peu.25.1_34
  3. 研究論文(国際会議プロシーディングス) 共著 Merging Control Strategy with a Waiting-time Limit in a Personal Rapid Transit System Takafumi KOMURO, Kazuhiro TSUBOI, Takahiro HOSHINO, Yoshio HAMAMATSU The International Conference on Electrical Engineering 2016 The Institute of Electrical Engineers of Japan 1-6 2016/07/06
  4. 研究論文(学術雑誌) 共著 A Metaheuristic Algorithm with Hybrid Insertion Procedure for the Traveling Salesman Problem Takahiro Hoshino, Chuan Tian, Hisashi Kondo, Kazuhiro Tsuboi, Yoshio Hamamatsu International Journal of Computer Science Issues 13/ 3, 1-8 2016/05 1694-0784 10.20943/01201603.18
  5. 研究論文(学術雑誌) 共著 個別輸送システム合流部の時間制約による制御戦略 小室孝文,星野貴弘,坪井一洋,浜松芳夫 電気学会論文誌D(産業応用部門誌) 135/ 12, 1181-1190 2015/12 10.1541/ieejias.135.1181

研究発表

  1. 口頭発表(一般) 飛翔時のボール軌道の3次元計測と空力係数の推定 日本機械学会 シンポジウム: スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2019 2019/10/27 ボールの飛翔軌道からボールに働く流体力を推定するために,ステレオ法と画像処理を用いてボールの飛翔軌道の3次元計測を行った.撮影された左右の動画像に対して画像処理の特徴抽出法であるHough変換を用いてそれぞれのスクリーン座標を取得することでボール中心の3次元座標を時系列データとして求めた.また,空間曲線論に基づいて軌道形状の幾何学量と空力係数の関係式を導出した.野球ボールを用いた飛翔実験を行い,飛翔状態での速度や加速度,抵抗係数を推定したところ軌道に沿って抵抗係数が増加する結果が得られた.
  2. 口頭発表(一般) 加速度センサを内蔵したボールの飛翔状態での回転特性 日本機械学会 シンポジウム: スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2019 2019/10/27 低加速度センサ1個と高加速度センサ3個からなるセンサユニットを内蔵した硬式野球用のレプリカボールを用いて飛翔状態でのボールの回転特性(回転数と回転軸)を計測した結果を報告する.センサ出力の回転運動と並進運動による成分から回転特性を算出した.ストレートとカーブの2球種による簡単な飛翔実験を行い,得られた結果を比較検討する.また内蔵センサの出力シミュレータを作成し,実際の出力と比較することでボールの回転運動を検証した.特に回転軸に歳差運動が発生する場合の加速度出力についても考察する.
  3. 口頭発表(一般) 速度合成による質点投射モデルとその投射角 日本物理学会 2018年秋季大会 2018/09/09 一定速度で水平に移動する台車から質点を投射するモデルを考え,真空中でその飛距離が最大となる角度を導く.投射点と着地点に高低差がない場合,飛距離が最大となる投射角は2次方程式の解であり,その値は台車に対する質点の投射速度と台車速度との比によって決まる.この投射モデルはスポーツ競技などの助走を伴った投射に対する簡単な物理モデルとなることから初等力学でのこの投射モデルの利用について検討する.
  4. 口頭発表(一般) 加速度センサを用いた飛翔中の野球ボールの回転特性計測 Dynamics and Design Conference 2018 2018/08/30 1個の低加速度センサと3個の高加速度センサで構成されたセンサ・ユニットを内蔵したレプリカの硬式野球ボールを用いて飛翔中のボールの回転特性(角速度,回転軸など)を計測するアルゴリズムを開発した.各センサの出力が並進加速度と回転加速度の合成となることから,これらの成分を分離する方法を検討した.そして,このボールを用いた飛翔実験を行い,本アルゴリズムの有効性を検証した結果,球速の異なるストレートとカーブの投球に対していずれの場合にも角速度と回転軸および回転半径を求めることができた.
  5. 口頭発表(一般) 飛翔実験によるボールの空力評価の誤差解析 日本機械学会 シンポジウム: スポーツ工学・ヒューマンダイナミクス2017 2017/11/10 飛翔実験により計測されたボールの位置データを用いた空力係数評価における誤差解析を行った.位置データの測定誤差とデータ補間に伴う打切り誤差を考慮することで,空力係数の誤差に最小値が存在することを示す.

担当授業科目

  1. 数値計算法特論
  2. 微積分学
  3. システムのモデル化
  4. 生体流体工学

所属学協会

  1. 米国航空宇宙学会 1989-現在
  2. 日本物理学会
  3. 日本流体力学会
  4. 日本応用数理学会
  5. 日本機械学会

共同・受託研究実績

  1. センサー内蔵ボールに関する共同研究 2017/04-2020/03 国内共同研究
  2. 野球ボール打球軌道シミュレータに関する研究 2017/01-2017/06 国内共同研究
  3. 着氷シミュレーションとその実用化に関する研究 2013/09-現在 国内共同研究
  4. 極地における新エネルギ導入によるエネルギ対策に関する研究 2007/04-2009/03 国内共同研究
  5. ホモトピー解析法による非線形方程式の解法 2005/06-2008/03 国内共同研究