領域有限要素法と接続部材反力推定を用いた船舶全体構造の最適化に関する研究
| Project/Area Number |
23K21008
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| Project/Area Number (Other) |
21H01546 (2021-2023)
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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 (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24020:Marine engineering-related
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
北村 充 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 特任教授 (40195293)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 剛大 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (00802860)
野波 諒太 呉工業高等専門学校, 機械工学分野, 助教 (70849562)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 領域有限要素法 / 接続部材反推定 / 強化学習最適化 / 船体構造解析 / 領域有限要素 / 構造最適設計 / 船体構造 / 接続部材反力推定 / 最適化 / 船舶構造 |
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| Outline of Research at the Start |
船舶全体の構造解析に基づいて船体構造最適化を実施することを目的としている．その実現のために，自由度数を1/100以下に低減しても同等の解析結果が得られる構造解析手法と多数の設計変数が関連し合う一つの最適化問題を多数の独立した最適化問題に変換する方法を研究する．内部節点を消去する部分構造法を用いて，実際に解く自由度数を大幅に低減しても同等の解析結果を得る構造解析手法（領域有限要素法）を開発する．切り離された構造を擬似的な静定構造と捉え，剛性と変位・応力の関係性を容易に把握する方法を検討し，設計変数の更新に利用して．数理計画法や遺伝的アルゴリズムを必要としない高速な最適化計算法を開発する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
領域有限要素法の並列化に向けて，より高速で適切な反復計算法を検討した．準ニュートン法は，BFGS法などで定めた探索方向に一変数探索を実施し，最小点を求める方法である．目的関数とする全ポテンシャルエネルギーは更新量の２次関数になるため，3回の計算により最小点が得られることを確認した．これより，BFGS法などの探索方向決定法と一変数探索の組み合わせが適切であることが判明した．
構造最適化には応力の制約条件があり，領域有限要素法の応力算出において，計算時間と記憶領域が膨大になってしまう課題がある．検討中の構造最適化計算では，同一設計変数がカバーする全領域の応力を求める必要はなく，主要部のみの応力を求めれば良いことが確認され，主要部に含まれる内部節点の消去を終盤に実施することにより，本目的を達成できることに帰着した．
部材単位の最適化実施のために，接続部材反力を推定する方法を検討した．有限要素解析で得た変位から節点力を求め，その後，境界応力を求めることが可能であるが，シェル要素の場合，要素辺に分布する境界力の積分値が節点力になるため，節点力を各辺に作用する分布荷重成分に分配することが問題となる．要素中央の応力値を用いることにより適切な分布荷重成分の分配量を得る方法を確立した．
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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
今年度の主要課題である領域有限要素法の高速化，応力計算手法，接続部材反力を推定法の確立に目処が立ったため．
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| Strategy for Future Research Activity |
より高速な反復計算法を検討し，領域有限要素法の並列化を進める．
領域有限要素法と接続部材反力推定方法を融合させる．
船体構造の最適化に適用する．
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
