| Project/Area Number |
21K14229
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | トポロジー最適化 / 材料非線形 / 複合材料 / 弾塑性材料 / 複合構造物 / 感度解析 / 複合構造 / 複合ゴム構造 / 動的応答制御 / 最適設計 |
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| Outline of Research at the Start |
近年，新たな積層造形技術によって，幾何学的に高い自由度をもって異種材料を組み合わせる複合造形が可能になりつつある．特に，ゴム，樹脂，金属といったエネルギー散逸を生じる非線型材料の造形技術の発展が著しく，これらの材料をうまく組み合わせることで，荷重の大きさや時間変化に応じた耐衝撃性能や，特定の振動外力に対して制振性能を発揮するような複合材料の開発が期待できる．本研究では，粘弾性・粘弾塑性材料を含む複合材料の耐衝撃性・制振性といった動的パフォーマンスの制御を目的として，複合材料内部の個々の材料配置・形状を決定する数値シミュレーションの枠組みを構築する．
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| Outline of Final Research Achievements |
This study extends the existing topology optimization theory to control the dynamic response of composite structures containing rubber, resin, and metal in terms of impact resistance and vibration-damping properties. First, an optimization problem and sensitivity analysis were formulated for the purpose of controlling the dynamic response of composite structures, especially the damping properties derived from the materials. Next, a virtual material model combining elastoplastic and other materials was proposed, and a topology optimization framework for heterogeneous composite materials, including resins and metals, was developed. Finally, a stabilization method based on a subloading surface model was introduced to address the instability problem in convergence calculations caused by non-smooth stress-strain relationships.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究により，これまでのトポロジー最適化の枠組みで扱えなかった非線形複合材料の複雑な動的挙動を考慮した最適設計の実現に向けて前進した．弾塑性材料を含む異なる非線形材料を合わせた仮想混合材料モデルの提案と，同仮想材料のグレースケール下の応力-ひずみ関係の滑らかさを補完する下負荷面モデルの適用はこれまでにないアプローチであり，他の異種複合材料に対しても拡張性・汎用性を有している．
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