Multiscale structural optimization based on integrated multidisciplinary system design method

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K19768
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 泉井 一浩 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90314228)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西脇 眞二 京都大学, 工学研究科, 教授 (10346041)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: マルチスケール解析 / ミクロ構造 / マクロ構造 / 最適設計

Outline of Annual Research Achievements

トポロジー最適化は，構造の外形形状だけでなく，穴の数までのような形態をも変更可能な非常に自由度の高い構造最適化法であり，この方法は自動車産業や機械産業などにおける構造力学の分野の実設計に幅広く利用されるようになってきている．このトポロジー最適化において，マクロスケールの形状だけでなく構造物のミクロスケールの形状に対しても自由度の高いトポロジー最適化を応用して材料設計を行うという，マルチスケールトポロジー最適化の開発を行うことができれば，通常のバルク材では得られないような特殊な性能を持った材料を用いた高機能なデバイスを設計することができるようになると期待される．このためにはミクロ構造の最適設計と，マクロ構造の最適設計を同時に実施することが必要となる．本年度は，そのようなマルチスケール最適化を実施するための基礎検討として，ミクロ構造の最適化の方法について検討を行った．まず，ミクロ構造を少数の変数により表現できることを仮定し，その変数の変動に対するミクロ構造の特性を評価し，その特性のデータベース化を行うことで，少ない変数によりミクロ構造特性を表現する，構造と特性のデータベース化を行うことができた．さらに検討を直接ミクロ構造を1変数で表現できると仮定けきると考えた場合特化し，マクロ構造の最適化においてミクロ構造の変数を直接更新する方法により，ミクロ構造・マクロ構造の両スケールを考慮したマルチスケールマクロ構造の最適化が実施可能であることを確認した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

簡単な低次元モデルを仮定し，ミクロ構造・マクロ構造の両スケールを考慮したマルチスケールマクロ構造の最適化を実装し，最適設計が実施可能であることを確認することができた．

Strategy for Future Research Activity

初年度の研究では，ミクロ構造の表現を低次元の変数により表現できることを仮定し，マルチスケール最適化を実施できることを確認した．まずは，その効果について，数値解析の結果を評価することで検討し，構築したモデルの改善を進めるとともに，さらに，より自由度の高い状況を設定し，ミクロ構造のトポロジー最適設計を実施予定である．トポロジー最適化の超多次元空間とミクロ構造の性能を低次元化モデルにより表現する方法を検討し，マルチスケール最適化を効率的に実施するための方策を開発する．

Causes of Carryover

コロナ禍の影響により学会の開催が取りやめとなり，調査のための交通費の支払いがなくなった．しかしながら，情報収集は，ネットワークによる学会の参加等により行うことができ，本研究の進捗状況への影響は殆どない状況である．