2019 Fiscal Year Annual Research Report
Optimal design of energy absorbers in seismic response control of structures considering epistemic uncertainties
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18F18761
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
五十子 幸樹 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (20521983)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
LI DAWEI 東北大学, 災害科学国際研究所, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2018-11-09 – 2021-03-31
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| Keywords | inerter / eddy current damper / 認識論的不確定性 / 応答曲面法 / 最適設計 / サポートベクターマシン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は，地震エネルギー消費デバイスの認識論的不確定性に関する資料を得る目的で，同調粘性マスダンパーの構成要素として本研究に用いる eddy current inerter damper の実験を中心に研究を進めた．実験のための予備段階として，Russel and Norsworthy の理論を基に永久磁石配置と，伝導体の板厚，裏板の影響を簡易的に評価して等価な減衰係数を導き出す手法を構築した．得られた方法について，静電磁気学的有限要素法による検証・評価を実施した．有限要素法の解析コードとしては，オープンソースFEMパッケージpyFEMMを利用した．ここで構築する簡易モデルの誤差は認識論的不確定性に分類されるもので，後に実施する実験との比較によってその程度を明らかにすることを目的としている．
一方で，これまでの検討でeddy current inerter damper については載荷速度と抵抗力の間に不可避的な非線形特性があることが分かっていた．従って，ここで提案する設計式については，適用範囲の明確化が重要であると考えて検討した．当初の目標通り，eddy current inerter damperの減衰係数簡易評価式が導けたので，これを用いて縮小試験体を設計した．
ダンパーの認識論的不確定性に関して，実際の超高層建物に適用された同調粘性マスダンパーの支持バネ剛性に関する資料が得られたので，これを基にしてダンパー特性ばらつき分布を反映したインターバルモデルを作成し，応答への射影を計算してサロゲートモデル(応答曲面)の作成作業を実施した．更には，サポートベクタマシンを活用した最適化法を開発し認識論的不確定性を考慮した最適設計理論の基礎を提示した．
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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
本研究課題の申請当初に達成したいと考えていた成果のうち，認識論的不確定性を考慮した最適化の対象としている同調粘性マスダンパーの構成要素として検討しているeddy current inerter damperの粘性減衰特性に関して電磁気学的な検討から近似式を導くという目標は達成できた．また，実際に同調粘性マスダンパーシステムを適用した超高層ビルにおける支持部材実測データのばらつきに関する資料を得ることができたので，これを基に支持バネ特性の認識論的不確定性に関するインターバルモデルを作成し，認識論的不確定性を考慮した同調粘性マスダンパーの最適化問題を構築した．その解法にサポートベクターマシンを導入することで，従来のモンテカルロ法などによる解析よりも非常に高い計算効率を有する最適化法を構築した．よって，当初計画に対して概ね良好な進捗状況であると評価している．
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| Strategy for Future Research Activity |
２０１９年度は，実験に用いるeddy current inerter damperの設計まで完了したが，試験体の製作に至らなかった．今後，研究期間の終了までに縮小試験体の製作を完了して，理論検証のための実験を実施する予定である．また，これまでに得られている理論的成果と，今後実施する実験の成果を取りまとめて，本研究課題で得られた成果を広く周知するため，国際journal論文へ投稿するための論文執筆を行う．
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