Consistent method for optimal design and manufacturing based on the unified geometrical feature evaluation by the partial differential equation

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02049
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18030:Design engineering-related
• Research Institution: The University of Tokyo (2020-2021); Kyoto University (2019)
• Principal Investigator: Yamada Takayuki 東京大学, 大学院工学系研究科, 准教授 (30598222)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 正宗 淳 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50706538) ; 黒田 紘敏 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (80635657) ; 三木 隆生 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 研究員 (80806753) ; 寺本 央 関西大学, システム理工学部, 准教授 (90463728) ; 木谷 亮太 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 研究員 (90761619)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: トポロジー最適化 / 偏微分方程式 / 幾何学的特徴量 / 感度解析 / 設計工学 / デジタルエンジニアリング / 仮想的な物理モデル / 計算力学

Outline of Final Research Achievements

In this study, the geometric constraints required from the manufacturing process are formulated by using partial differential equations. These partial differential equations are called fictitious physical model because it is a fictitious field introduced to represent manufacturability. We also integrated it with the topology optimization method to create a new design method that integrates design and production. Furthermore, by considering assemblability, we proposed a method that also allows topology optimization of mechanical structures composed of multiple parts.

Free Research Field

最適設計

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、生産工程を考慮したトポロジー最適化が可能になった。すなわち、理論的に最適な構造を設計するだけではなく、その製造工程を考慮した上で力学的に最適な構造を創成設計することを可能にした。これにより、多くは学術研究で留まっているトポロジー最適化の研究成果を、広く、ものづくり産業に普及させるための基盤技術を構築することができた。