| Project/Area Number |
22K20409
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0301:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, fluid engineering, thermal engineering, mechanical dynamics, robotics, aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
Tajiri Daiki 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90944124)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 粘弾性材 / 非線形 / 同定 / ニューラルネットワーク / 3階微分方程式 / 振動 / 部材特性 / 三階微分方程式 / 非線形振動 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、動的設計の高度化に向けて粘弾性材の部材特性を適切に表現可能な新たな数学モデルを構築し、ニューラルネットワークによる部材特性同定法を提案する。
数学モデルは材料工学分野で最も基本的な3要素モデルに質量要素を導入し、導出した三階微分方程式を非線形振動モデルと見なすものである。
部材特性同定法はハーモニックバランスの原理に基づくニューラルネットワークを用いるものである。
振動工学で扱い易い数学モデルを構築することで、材料工学分野と振動工学分野で共通の部材特性を扱うことができ、材料設計と動的設計をシームレスに繋ぐことが可能であることを示す。
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| Outline of Final Research Achievements |
We developed a method to represent a viscoelastic vibration system using a mathematical model that introduces mass into the three-element model most commonly used in materials engineering, and to identify its parameters using a neural network. In numerical simulations, the steady-response obtained from the equation of motion was input into the neural network, and linear parameters and nonlinear forces were identified, confirming that valid results could be obtained. In experiments, the target system was a beam made of cold-rolled steel plate with urethane rubber bonded to it, and parameters were identified from the measured steady-response. In this verification, parameters that seem correct were obtained, but the rubber used in the verification had high rigidity, and it was found that the system would not generate nonlinear vibrations. In the future, we will proceed with experimental verification using soft viscoelastic materials.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究課題は，機械や構造物の動的設計に関する研究であり，産業の基盤をつくることに役立つ技術課題である．学術的には，粘弾性材の動的特性をどのような数学モデルで表現するか，どのように部材特性を同定するかという課題を解決するもので，逆問題の研究に属する．本研究は対象とする系の応答から部材特性を同定するが，一意に同定することは非常に難しい．その困難を，対象系の特徴を適当に表現する数学モデルとニューラルネットワークにより解決している．社会的には，粘弾性材を含む制振鋼板が用いられる機械や構造物の動的設計において，材料工学と振動工学の数学モデルを共通化することで，部材特性の容易な評価が期待できる．
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