2021 Fiscal Year Annual Research Report
Research on parameter-free shape and material optimization method for ultra light weight design of thin plate structures
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18K03853
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
下田 昌利 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00350570)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マルチマテリアル / シェル構造 / 形状最適化手法 / 軽量化 / 繊維配向角 / FRP積層シェル / H1勾配法 / 骨組構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はマルチマテリアル構造に不可欠な繊維強化樹脂(FRP)やセル構造(ポーラス材料)を含む多層薄板構造体を対象に、全体形状とFRP各層の材料配向、及びサンドイッチ構造のセル構造形状を求める最適設計手法の開発を目的とした。
最終年度は多層薄板構造体における各層の材料配置と全体形状を同時に最適化する手法を完成させた。全体形状の最適化には、これまで開発してきた分布系の形状最適化手法のH1勾配法に基づくシェル構造の形状最適化手法を利用した。これまでの単層の形状最適化手法の単純な多層への適用では上手くいかず、多層用に改良したことが大きな成果であった。一方、各層の材料配置には、従来の１材料用のSIMP法に基づくトポロジー最適化手法を複数材料用に応用した。長論文となったが主要な雑誌に受理された。
また、FRP各層の材料配向の最適化手法についても完成させることができた。これまで、剛性、強度、固有振動問題に対する解法を提示してきたが、最終年度は周波数応答問題の解法を提示し、試作と評価試験を行い、その有効性を確認し、論文投稿することができた。既に受理され、オンラインで速報掲載され、印刷に向けて最終校正を行っている。
なお、サンドイッチ構造のセル構造の内部形状を求める手法については、昨年度に骨組構造を用いて効率的に大規模マルチマテリアル最適設計問題を解く手法、及びマルチスケール設計問題としてコア部を形成するセル構造の周期性を仮定した形状最適化手法を開発しており、いずれも主要雑誌に掲載済みである。
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