建築物の新しい構造デザインツールの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650576
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤井 大地 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00212184)
• Keywords: 構造デザイン / 位相最適化 / 均質化設計法 / 密度法 / グランドストラクチャー法 / ボクセル有限要素法

Research Abstract

本研究では,位相最適化手法を利用した建築物の新しい構造デザインツールの開発を行っている。位相最適化の手法としては,2次元または3次元連続体の位相最適化手法としての均質化設計法,密度法等があり,トラスや骨組などの1次元部材の位相最適化手法としてのグランドストラクチャー法がある。本研究では,これらの方法をさらに発展させ,建築物の構造デザインに利用できるツールとして一般に普及させることを目的としている。
本年度の研究成果としては,位相最適化手法を一般に普及するため,骨組構造物を対象とした位相最適化ツールを開発し,大学・高専等の学部講義・演習用ソフトとして利用できるように,開発したソフトにGUIを付加し,Webから自由にダウンロードできるようにした。また,建築物の魅力的な造形を創成するための,ボクセル有限要素法を用いた計算効率の良い3次元連続体の位相最適化手法を開発した。3次元連続体の位相最適化では,膨大なメッシュ分割が必要となるため,計算効率を改善しなければ,一般に利用できるツールとはならない。そこで,本研究では,位相最適化手法として密度法を採用し,数10万から数100万要素の位相最適化が通常のパソコンで解ける手法を開発した。また,シェル構造の位相の最適化手法も開発し,より明解な位相が得られるように,有効なフィルタリング手法を提案した。後者の2種の連続体の位相最適化ソフトについても,GUIを付加し,Webからダウンロードできるようにした。
今後は,以上で開発したソフトをさらに使いやすいようにバージョンアップしていく予定である。

Research Products

• [Publications] D.Fujii,N,Kikuchi: "Improvement of numerical instabilities in topology optimitation using SCP method"Structural Optimization. 19. 113-121 (2000)
• [Publications] 藤井大地,江島晋,菊池昇: "均質化設計法を用いた弾性変形機構の位相最適化"日本建築学会構造系論文集. 528. 99-105 (2000)
• [Publications] 藤井大地,松本慎也,藤谷義信,菊池昇: "グランドストラクチャー法による骨組構造物の位相最適化"日本建築学会構造工学論文集. 46B. 1-8 (2000)
• [Publications] 藤井大地,鈴木克幸,大坪英臣: "ボクセル有限要素法を用いた構造物の位相最適化"日本計算工学会論文集. 2. 87-94 (2000)
• [Publications] 藤井大地,菊池昇: "均質化設計法を用いた複合材料の位相最適化"日本建築学会構造系論文集. 535. 79-86 (2000)
• [Publications] D,Fujii,B.C.Chen,N.Kikuchi: "Composite Material Design of two Dimensional Structure Using the Homogenization Method"International Journal for Numerical Methods in Engineering. 50. 2031-2051 (2001)