2019 Fiscal Year Annual Research Report
エネルギーハーヴェスティングのマルチフィジクス・マルチシステム強連成解法
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19F19379
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石原 大輔 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (80363399)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
RAMEGOWDA PRAKASHA 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2019-10-11 – 2022-03-31
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| Keywords | マルチフィジクス強連成 / マルチシステム強連成 / エネルギーハーヴェスティング / 圧電バイモルフ / 圧電‐構造‐流体連成現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧電効果により，潮流の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するエネルギーハーヴェスティングは，次世代の発電システムとして注目されている．このシステムでは，圧電，構造，流体の間のみならず，機械と電気のサブシステム間にも不可分な相互作用（強連成）が生じる．本研究では，申請者らが提案する階層的分解により，マルチフィジクス・マルチシステム強連成解析手法を開発し，エネルギーハーヴェスティングの高精度かつ効率的な解析を実現する．さらに本手法を用いて，モデルシステムにおける共振特性を解明し，新しいエネルギーハーベスティングシステムを探索する．本年度においては，以下の成果を得た：
Ⅰ．階層的分解によるマルチフィジクス強連成解析手法の開発 エネルギーハーヴェスティングに用いられるFPED（Flexible PiezoElectric Device）は，圧電，構造，流体の強い非線形性と相互依存性のために，それらの間の相互作用を近似して解くことが困難であるため，圧電‐構造‐流体強連成を階層的に分解し，適材適所に既存の解析手法を組み込んで（階層的分解），マルチフィジクス強連成解法を構築した，すなわち，最初に，分離型解法を用いて，圧電と構造‐流体連成に分離し，次に，プロジェクション解法を用いて，構造‐流体連成を速度場と圧力場に分割し，最後に，陽的時間積分法を用いて，速度場を構造自由度と流体自由度に分離した．ここで，構成された解法の実装にあたっては，申請者らがこれまで開発してきた圧電‐構造強連成解析手法と構造‐流体強連成解析手法を利用し，効率的に研究を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ベンチマーク問題への適用などによる検証等まで完了し，その成果が国内外の複数の学術誌から認められたから．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，まず，Ⅰ．階層的分解によるFPEDのマルチフィジクス強連成解析手法を開発し，次に，Ⅱ．階層的分解によるエネルギーハーヴェスティングシステムのマルチフィジクス・マルチシステム強連成解析手法を開発する．本年度において，当初の計画以上に進展しているので，この流れを早めるとともに，各項目の質と量を増やして，その研究規模を拡大する．
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