| Project/Area Number |
23K20249
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| Project/Area Number (Other) |
20H02053 (2020-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2020-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18030:Design engineering-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
藤井 雅留太 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (90569344)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋本 洋平 筑波大学, システム情報系, 准教授 (20709654)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | Mechanical cloak / Topology Optimization / topology optimization / mechanical cloak / メカニカルアンフィーラビリティクローク / トポロジー最適化 / 応力制御 / メカニカルクローク / 超弾性体 / 非線形有限要素法 / CMA-ES / 超弾性 / 非線形構造解析 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では物体の不可視化を実現する工学クロークの力学におけるアナロジーであるメカニカルクロークを実現するためのトポロジー最適化を開発し，その性能向上と多機能化，および性能のロバスト化を試みる.また，トポロジー最適化により設計されたメカニカルアンフィーラブルデバイスのCADデータなどを作成し，実験による再現可能な状態としてデータを提供する．また．力学的な多機能製を実現するだけでなく，アンフィーラブル機能に加え，内部での自在な応力操作を実現するデバイスの設計を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
トポロジーの最適化は通常、不適切なプロパティ、グレースケール、設計変数間の相互依存、多峰性、次元の呪いなど、1 つ以上の困難な特性に悩まされます。特に、後の 2 つの問題は同時に解決することが困難です。本年度は、トポロジ最適化における上記すべての問題を同時に克服し、初期推測で試行錯誤することなく、十分に短い時間で最適な構成を取得するための新しいフレームワークを開発しました。 開発したトポロジー最適化は、フーリエ級数拡張レベルセット法に基づいて生成されたボディフィットメッシュによる鮮明な構造境界モデリングを介して実装され、多峰性を克服するために採用された共分散行列適応進化戦略 (CMA-ES) による最適解の探索を加速しました。 フーリエ級数拡張レベルセット法を使用すると、設計変数を離散化レベルセット関数からフーリエ級数展開の係数に置き換えることにより、有限要素解析の精度を犠牲にすることなく設計変数の数を削減できます。 最適な解決策の探索をサポートするために、適応ペナルティ関数によるボックス制約処理の方法も提示されます。 提案されたスキームの力を示すために、平均コンプライアンス最小化、熱流束操作問題、および電磁波散乱問題が解決されました。 3 つの物理システムは異なる支配方程式で表されているにもかかわらず、提案されたトポロジー最適化による初期推測を必要とせずに、すべての問題で最適化計算の大幅な高速化が達成されています。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
開発自体はスムーズに進行している．プログラム開発もすでに完了しており，最適化計算もほとんどが完了している．しかし，論文を執筆するためのまとまった時間がない．また，計算手法に関する論文は非常にながい論文になるため，執筆に時間がかかっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、均質な構造体に外部荷重を加えたときの外部変位を再現する機械的無感覚マントの機能だけでなく、構造体内部の応力を自在に制御できる機械的無感覚デバイスの多機能性にも着目する。弾性力学の常識を超えた機能性を最適化問題として定式化し、その最適化問題（を解くことで、新たな機能性を提案する。複数の目的関数 を同時に最小化する最適化問題を解くために、内部ひずみを測定する実験を行い、計算だけでなく実験でも新たな機能性の実証を試みる。すでに数学的・数値的手法の開発は昨年完了しているので、引き続き論文執筆と研究成果としての発表を行っていきます。スペクトルレベルセット法、RBFを用いたレベルセット法の表現、さらに依存性を分離する手法の開発を行っていきます。 B-スプライン関数を使用した幾何レベルセット法など、設計変数の増減に対する解析精度を評価し、その数値的有効性を実証します。
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