2021 Fiscal Year Annual Research Report
Robust topology optimization of innovative porous structures by 3D-printer of continuous fiber reinforced plastics
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19H00781
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
加藤 準治 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00594087)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
干場 大也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80847038)
小橋 真 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90225483)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トポロジー最適化 / 積層造形 / 3Dプリンター / インフィル構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究成果として、3D-printing（以下，3DPに略）によるCFRP造形のための繊維材の配向と位置を同時に最適化する手法を開発してきたが、この方法では局所最適最適解に陥りやすいことと、また、繊維材の有限要素間での不連続性に改善点があることがわかっていた。これらの成果を活かし、当該年度は、より自由度の高い最適設計法の構築を試みた。具体的には、自作の有限要素法プログラムに3DPの繊維連続性を担保する新しい手法を開発し、全体座標系で定義するという繊維幾何の数学的表現方法を見出した。また、レベルセット法による繊維レイアウトの表現方法も検討したが、密度法を基本とする方法に優位性があることを確認し、材料モデルとその繊維レイアウトの表現法についてさらなる手法の改善を行った。得られた手法は、未だ改善点も多いと思われるが3DPによるCFRP造形のための最適設計法の基礎となると思われる。
一方で、力学的な意味合いでのトポロジー最適設計として、構造解析を安定化しつつ優れた最適形状を見出すためのトポロジー最適設計法の開発に行った。具体的には構造の初期剛性を緩和することにより、インフィル構造の座屈強度を最大にする「剛性制約付き強度最大化問題」の解法や、有限変形でしかも動的な挙動を考慮したトポロジー最適設計法の開発とその性能検証を行った。ここでは，計算コストの低減と力学的挙動の再現性能について厳しく照査し、プログラム全体の高速化を図った。これらの成果は、国内外の学会にて積極的に発表された。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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