2023 Fiscal Year Annual Research Report
ゴム・樹脂・金属を含む複合材料の耐衝撃・制振性能を制御するトポロジー最適設計
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21K14229
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
干場 大也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80847038)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | トポロジー最適化 / 複合構造物 / 感度解析 / 材料非線形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，ゴム・樹脂・金属を含む複合材料の耐衝撃性・制振性といった動的応答の制御を目的として，複合材料内部の個々の材料配置・形状を決定する数値シミュレーションの枠組みを構築することである．そのために，既往のトポロジー最適化理論を拡張し，数値計算アルゴリズムの性質を踏まえて，個々の材料特性および設計問題に適合した手法を提案する．
初年度には，ゴム系材料からなる複合構造物の動的応答，すなわち材料由来の減衰特性を制御するという目的において，トポロジー最適化の問題設定および感度解析の定式化を行った．2年目にはその成果を樹脂・金属の特徴である塑性変形を含む材料構成則について拡張するため，損傷材料と弾塑性材料という異なる構成則をもつ異種材料を組み合わせた仮想的な材料モデルを提案し，異種複合材料のためのトポロジー最適化のフレームワークを定式化した．
最終年度にあたる3年目においては，以上の成果を踏まえ，高度に非線形性を有する最適設計問題を安定的に解くための手法の構築をもって総括した．この手法は，既存の材料構成則を下負荷面モデルを応用して拡張し，関連するパラメータを設計変数と関連付けルことで，いわゆるグレースケール時の力学的応答の連続性および設計関数空間の滑らかさを向上させるものである．この安定化手法を適切に用いることで，トポロジー最適化の最適解を求める収束計算において，設計関数の非凸性あるいは応力-ひずみ関係の連続性の欠如による不安定化を緩和する効果が確かめられた．
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