2023 Fiscal Year Annual Research Report
流体励起振動問題における異種材料複合構造体の最適設計法の開発とルアー設計への応用
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21K03819
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| Research Institution | Komatsu University |
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Principal Investigator |
史 金星 公立小松大学, 生産システム科学部, 准教授 (30744669)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 流体励起振動 / 異種材料複合構造体 / 最適設計 / ルアー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流体励起振動問題における異種材料複合構造体の最適設計法の開発とルアー設計への応用に関する研究を順調に完成している。
流体励起振動とは周期的な流れに置かれた構造物が大きく振動する現象であり、土木、建築、機械、航空、船舶、原子力などのあらゆる分野で構造設計に避け通ることのできない重要な課題である。本研究では、流体励起振動問題を注目し、異種材料複合構造における新たな構造最適設計手法の開発を目指している。また、適用例として、劇的な釣果の向上を図るため、最適な流体励起振動が表現可能な異種材料からなるジグヘッドタイプソフトルアーの構造設計を行った。
初めに、金属性ジグヘッドとゴム製ワームボディの異種材料からなるジグヘッドタイプソフトルアーを例として、水の流れにより流体励起振動の再現を行い、弱連成流体－構造連成解析による再現の妥当性について検証した。その後、逐次近似最適設計を取り入れて最適設計と新たな定式化を提案した。定式化では、目的関数をスケーリングした尻尾の流体励起振動数とシミュレーション結果の誤差を最小化とし、設計変数はワームボディのヤング率とワームボディの拡大係数とした。本最適設計の結果として、目的関数は明確的に最小化されることができた。
逐次近似最適設計手法の詳細について、初期のサンプル点を集めるために、ラテン超法格法をあつかい、そのサンプルからルアーのシミュレーションを弱連成の流体－構造連成解析を行ったのち、RBFネットワークに基づく応答曲面の作成を行った。その後、大域的な応答曲面を探索しつつ、最適解の精度を向上させるために、密度関数を用いて設計変数空間内での疎な領域および応答曲面内での最適解を新たなサンプル点とし、再び、流体－構造連成解析を行い応答曲面の逐次更新して行った。その際、密度関数と応答曲面の最小値を求めるのに、遺伝的アルゴリズムを用いた。
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