2016 Fiscal Year Annual Research Report
Structural design optimization of carbon nanomaterials with defects
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15K21485
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
史 金星 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), ポストドクトラル研究員 (30744669)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 格子欠陥 / ナノ炭素材料 / 構造最適化 / 剛性問題 / 振動問題 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ炭素材料には正六角形格子構造から外れた欠陥構造が必然的に存在する．ナノ炭素材料に格子欠陥を導入することにより形状を変動させ，剛性問題および振動問題における構造最適化手法の開発を目的として研究を行った．平成27年度に開発したナノ炭素材料の形状設計に対する最適化手法を用いて得られた最適形状は六員環の炭素原子ばかりで構成された曲面プロファイルを持ち，はりの長さが原子間距離よりも長くなるために，分子力学の観点から原子構造におけるポテンシャルエネルギー最小の原理を満たさないので，平成28年度は開発した形状最適化システムを改良しながら，得られた曲面プロファイルに合わせるため，ナノ炭素材料の最適形状に欠陥を導入することにより安定化させる構造最適化手法を開発した．研究実績の概要は下記の通りである．
1．格子欠陥なしのナノ炭素材料の最適形状に対する連続体シェルモデルを構築し，密度波を活用した手法であるフェーズフィールドクリスタル法とボロノイ分割法を利用して最適形状上の炭素原子の位置を再配置することにより格子欠陥がある原子モデルを作成するためのプログラムを完成させた．
2．分子動力学シミュレーションに基づき，再配置したナノ炭素材料の原子構造に対する緩和計算を行い，格子欠陥がある原子モデルにおいて，ポテンシャルエネルギー最小の原理を満たし，ナノ炭素材料として存在可能な安定の最適構造を求める構造最適化手法を開発した．
3．開発した構造最適化手法とナノ炭素材料の形状最適化手法を組み合わせ，設計例題へ適用し，格子欠陥を導入することにより，ナノ炭素材料の構造最適設計手法の有効性を確認した．
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