2020 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 | エネルギーハーベスティング / マルチフィジクス / マルチシステム / 連成解析 / 階層的分解 / FPED |
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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強連成が生じる．このようなマルチフィジクス・マルチシステム強連成現象の解析手法は見当たらず，共振などの基本的メカニズムでさえ詳細が明らかにされていない．そこで本研究では，申請者らが提案する階層的分解により，2現象間の強連成に対する有限要素解析や電気回路シミュレーションなどの多様な数値解法を統合したマルチフィジクス・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ヴェスティングシステムを探索する．
研究実施計画に沿って，以下の研究成果を得た：Ⅱ．階層的分解によるマルチフィジクス・マルチシステム強連成解析手法の開発を行う．エネルギーハーヴェスティングシステムでは，FPEDと電気回路が強連成する．ゆえに階層的分解をシステム間の連成に拡張することで，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：（a）マルチフィジクス・マルチシステム強連成解法の構築…FPEDと電気回路との間の連成条件式（電位と電荷の連続式）を厳密に定式化したのち，それに基づき，分離型解法を用いて，FPEDと電気回路に分離する．さらにFPEDに生じる圧電‐構造‐流体強連成に階層的分解を適用し，Ⅰのマルチフィジクス強連成解析手法を利用する．（b）実験的検証…理論解や既存の数値結果が存在しないため，実験的検証を行う．FPEDの実験的研究グループとともに，FPED‐電気回路強連成モデルを提案し，その実験結果と本数値結果を比較する．この結果，研究発表に示す研究成果（9件の雑誌論文，5件の学会発表）を得た．
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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
研究実績の概要に示すように，本年度の研究実施計画に沿って，研究成果を十分得たから．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，申請者らが提案する階層的分解により，2現象間の強連成に対する有限要素解析や電気回路シミュレーションなどの多様な数値解法を統合したマルチフィジクス・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ヴェスティングシステムを探索する．
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