| Project/Area Number |
22K20415
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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 | Nihon University |
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Principal Investigator |
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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 |
¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 3Dプリント / 構造最適化 / CFRP / トポロジー最適化 / 異方性 / 最適化 / 異方性トポロジー最適化 / 数値最適化 / 逆均質化 / ツールパス / 3DプリントCFRP / 最適化設計 / プリントパス |
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| Outline of Research at the Start |
炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を造形できる3Dプリンタを活用して，外形形状のみならず，繊維配向やハッチ間隔などのプリントパスまで最適化されたCFRP構造の有効性を解析的，実験的双方から実証することを目的とする．具体的には，異方性マルチスケールトポロジー最適化を3DプリントCFRPへ適用する．最適化結果から3DプリントCFRPを造形し，材料試験によって剛性の向上を実験的に検証する．更に有限要素モデルを作成し，性能向上を解析的に検証する．このようにして，従来の3DプリントCFRPに比べて高い比剛性を達成し，構造のさらなる軽量化に貢献する．
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| Outline of Final Research Achievements |
Utilizing a 3D printer that can build carbon fiber reinforced plastic (CFRP), which is used in aerospace applications, we have optimized the 3D printing path for the external shape and the interior of the structure. This process enables optimal design that takes full advantage of CFRP's characteristics, making it possible to create a lighter and more efficient CFRP structure.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
学術的意義：本研究は，熱や電気をはじめとする様々な物理現象を数値的に予測することができる有限要素法によるトポロジー最適化に基づいている．従ってトポロジー最適化によって得られた様々な物理現象における最適構造をCFRP等の複合材料で3Dプリント可能にする点で汎用性が高く，今後の最適設計の研究を発展させる可能性がある．
社会的意義：本研究で設計可能なCFRP構造は，従来CFRP構造よりも軽量かつ高性能であり，輸送機等の軽量化に直接貢献ができる．
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