2024 Fiscal Year Annual Research Report
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21K03820
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
呉 志強 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (10274333)
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2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 鼓膜穿孔 / 鼓膜再建 / 聴覚特性 / 形状最適化 / 周波数応答解析 / 広帯域周波数加振問題 / モーダル法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
R6年度の実施内容と成果
1） 鼓膜修復用軟骨板の形状最適化解析の結果を確認・整理・精査し、国際会議 TSME-iCoME 2024 で発表した後、学術誌 JRAME に投稿した。当該論文は査読を経て採択済みで、令和７年度中に掲載予定である。論文には主な成果として、広帯域振幅規定問題の形状最適設計問題に対する形状勾配関数を導出と数値解析による検証、および軟骨板の形状最適化への効果の確認を報告している。
２）構造の形状最適化への応用として、Maxwell型粘弾性ダンパーを有する構造の形状とダンパー配置の同時最適化を行った。形状最適化には、モーダル法と力法を、ダンパーの配置の最適化には遺伝的アルゴリズム（GA）を利用し、計算効率の向上を図った。結果は良好であり、国内の学術会議で発表した。
全研究期間における研究成果
１）鼓膜再建手術用の軟骨板の形状最適化の手法の提案した。鼓膜を軟骨板で修復後のアブミ骨の周波数応答曲線が健常時のものとの二乗差を最小化するように問題を定式化し、形状勾配関数を導出した。解析結果より、ターゲットとする周波数帯域において、最適化後のモデルでは、初期形状のモデルに比べて周波数応答関数が広い周波数帯域で健常時の曲線に近づいていることが確認できた。広い周波数帯域において形状勾配関数を計算する必要があり、モーダル法を利用し、計算効率の向上を図った。モデルには粘弾性ダンパーを含んでいるため、運動方程式の完全非連成化ができず、モーダル法の利用が困難だったが、実固有値解析とダンパー関連の小自由度の複素連立方程式を解く方法を提案した。２）本研究で提案したモーダル法を利用した形状最適化手法をダンパーを有する構造の形状最適化にも応用した。全振動エネルギー最小化問題、全ひずみエネルギー最小化問題、そして振幅規定問題に対して形状勾配関数を導出し、数値例を用いて手法の有効性を確認した。
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