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Verification of shape optimization in nonstationary multi-physics problems

Research Project

Project/Area Number 18K03996
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 19020:Thermal engineering-related
Research InstitutionGifu National College of Technology

Principal Investigator

KATAMINE Eiji  岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00224452)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords最適設計 / 形状最適化 / 形状同定 / 連成問題 / 有限要素法 / 随伴変数法
Outline of Final Research Achievements

A numerical analysis method is proposed for shape determination problems in fundamental unsteady thermoelastic field and unsteady thermal convection field. In the thermoelastic field problem, the stiffness maximization problem, which determines the shape that minimizes the thermal deformation in the specified time period, was investigated. In the thermal convection field problem, a shape determination problem was set to control the temperature time history at the sub-boundary. For these shape design problems, the shape gradient function, which is the sensitivity of shape updating, was theoretically derived using the adjoint variable method. Numerical programs were developed to analyze the optimal shape based on the derived shape gradient function using FreeFEM. Based on the numerical results of the two-dimensional problem, the validity of the proposed solution was demonstrated.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

時間発展型マルチフィジックス問題の形状最適化は,実際の設計現場において要求度の高い課題であるにも関わらず,理論に基づいた研究はこれまでほとんど実施されていなかった.そこで,基礎的な非定常熱弾性場と非定常熱対流場における形状決定問題に対して,最適設計理論等に基づいた数値解析法を提案して,その解析手法の妥当性を示すことができた.

Report

(6 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (32 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Shape optimization in thermal convection field considering a slight compressibility2021

    • Author(s)
      T. Aoki, T. Kurahashi and E. Katamine
    • Journal Title

      JSIAM Letters

      Volume: 13 Pages: 44-47

    • NAID

      130008071974

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 非定常一様粘性流中に置かれた孤立物体の揚力を制御する形状設計2020

    • Author(s)
      片峯英次,山口智也,村山大騎
    • Journal Title

      日本計算数理工学論文集

      Volume: 20 Pages: 81-87

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 流速時間履歴を規定する非定常自然対流場の形状設計2019

    • Author(s)
      片峯英次,青木 崇
    • Journal Title

      日本計算数理工学論文集

      Volume: 19 Pages: 13-18

    • NAID

      40022338117

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Shape optimization analysis considering a rotational body in a flow field based on the adjoint variable and the finite element methods2019

    • Author(s)
      T. Kurahashi, Y. Ozeki and E. Katamine
    • Journal Title

      Journal of Fluid Science and Technology

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: JFST0004-JFST0004

    • DOI

      10.1299/jfst.2019jfst0004

    • NAID

      130007623440

    • ISSN
      1880-5558
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Consideration on shape identification for flow channel including a rotational body2019

    • Author(s)
      Y. Ozeki, T. Kurahashi and E. Katamine
    • Journal Title

      JSIAM Letters

      Volume: 11 Pages: 69-72

    • NAID

      130007771239

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      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Solution to shape identification problems of unsteady viscous flow fields2018

    • Author(s)
      片峯英次,尾関優汰
    • Journal Title

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 84 Issue: 868 Pages: 18-00323-18-00323

    • DOI

      10.1299/transjsme.18-00323

    • NAID

      130007550602

    • ISSN
      2187-9761
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  • [Presentation] 渦度最小化を目的とした非定常粘性流れ場の形状最適化2023

    • Author(s)
      北川翔陽,片峯英次
    • Organizer
      日本設計工学会東海支部令和4年度研究発表講演会
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      島川星也,片峯英次
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      日本設計工学会東海支部令和4年度研究発表講演会
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  • [Presentation] 拍動流を考慮した非定常強制熱対流場における形状設計2022

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      片峯英次,濱町陸来
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      第27回日本計算工学講演会
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  • [Presentation] 温度時間履歴を制御する非定常強制熱対流場の形状設計2022

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      片峯英次,濱町陸来
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      日本設計工学会 2022年度秋季大会研究発表講演会
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  • [Presentation] 拍動流を考慮した非定常強制熱対流場における形状設計2021

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      濱町陸来, 片峯英次
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  • [Presentation] 拍動流を考慮した非定常強制熱対流場における形状最適化2021

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      濱町陸来,片峯英次
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      青木 崇,倉橋貴彦,片峯英次
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      広瀬智史, 倉橋貴彦,片峯英次
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      日本機械学会北陸信越支部第58期講演会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 流体力規定を目的とした非定常粘性流れ場の形状設計2020

    • Author(s)
      山口智也,片峯英次
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      日本機械学会2020年年次大会
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  • [Presentation] 非定常熱対流場における回転体を考慮した形状最適化2020

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      渡辺聡史,片峯英次
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      日本機械学会2020年年次大会
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  • [Presentation] 熱対流場において粘性効果が形状最適化の結果に与える影響に関する考察2020

    • Author(s)
      青木 崇,倉橋貴彦,片峯英次
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      日本機械学会 CMD2020 計力スクエア研究報告集
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  • [Presentation] 放熱量最大化を目的とした非定常自然対流場の形状決定2020

    • Author(s)
      渡辺聡史,片峯英次
    • Organizer
      日本設計工学会東海支部令和元年度研究発表講演会
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  • [Presentation] 非定常熱弾性場の形状設計2020

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      広瀬 智史,片峯英次
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      日本機械学会東海支部第69期講演会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 随伴変数法および有限要素に基づく熱対流場ける形状最適化2020

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      青木 崇,倉橋貴彦,片峯英次
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      日本機械学会北陸信越支部第57期講演会
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  • [Presentation] 揚力最大化を目的とした非定常粘性流れ場の形状最適化2019

    • Author(s)
      片峯英次,村山大騎,尾関優汰
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      第24回日本計算工学講演会
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  • [Presentation] 流速分布を規定する非定常自然対流場の形状同定2019

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      青木 崇,片峯英次,倉橋貴彦
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      第65回理論応用力学講演会
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  • [Presentation] 熱弾性場・熱対流場などのマルチフィジックス問題における形状設計2019

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      片峯英次
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  • [Presentation] 流体力規定を目的とした非定常粘性流れ場の形状設計2019

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      片峯英次,村山 大騎
    • Organizer
      日本流体力学会年会2019
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  • [Presentation] 揚力最大化を目的とした非定常粘性流れ場の形状最適化2019

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      村山大騎,片峯英次
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      日本機械学会第32回計算力学講演会講演論文集
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  • [Presentation] Solution to Shape Design of Unsteady Natural Convection Fields to Control Time History of Flow Velocity2019

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      E. Katamine and T. Aoki
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  • [Presentation] 熱変位のコントロールを目的とした非定常熱弾性場の形状決定2019

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      広瀬智史,片峯英次
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  • [Presentation] 流速規定を目的とした非定常自然対流場の形状決定2019

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      青木 崇,片峯英次
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      小森太陽,片峯英次
    • Organizer
      日本機械学会2018熱工学コンファレンス講演会
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      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2024-01-30  

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