2013 Fiscal Year Annual Research Report
電磁波デバイスを対象としたマルチスケールトポロジー最適化
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22360041
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
西脇 眞二 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10346041)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺田 賢二郎 東北大学, 学内共同利用施設等, 教授 (40282678)
大門 真 株式会社豊田中央研究所, その他部局等, 研究員 (70443819)
泉井 一浩 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90314228)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 構造最適化 / マルチスケール解析 / メタマテリアル / 電磁波デバイス / 有限要素法 |
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| Research Abstract |
本研究では，新しい機能をもつ，あるいは高機能をもつ革新的な電磁波デバイスの構造創成を目的に，デバイスを構成する材料構造であるミクロ構造と，デバイス自身の構造であるマクロ構造の構造設計を同時に，かつ有機的に実施することが可能な，両スケールの
構造創成設計を統合化したマルチスケールにおける構造創成設計法を，トポロジー最適化に基づき構築した．
本研究では，まず最初に，ミクロ構造とマクロ構造のトポロジー最適化手法の開発を，それぞれ個々に具体的な構造設計問題を対象に行った．すなわち，ミクロ構造のポロジー最適化手法の開発については，誘電体メタマテリアルの最適構造設計を対象に，負の有効透磁率を示す構造が得られる方法論を構築するとともに，簡単な設計例によりその有効性を検証した．さらに，ミクロ構造のトポロジー最適化手法の開発の展開として，音響メタマテリアルの最適構造設計を構築し，簡単な設計例によりその有効性を検証した．
他方，マクロスケールのトポロジー最適化手法の開発においては，パッチアンテナ，金属導波管，クローキングデバイスなどの電磁波デバイスを対象に方法論を構築し，簡単な設計例により，その有効性を検証するともに，高機能なデバイスが設計可能なことを明らかにした．
そして，これらの検討結果をもとに，ミクロ構造とマクロ構造のトポロジー最適化手法の統合化を進めた．すなわち，ミクロ構造のトポロジー最適化手法から得られる材料構造を用いて，マクロ構造たる電磁波デバイスの最適構造設計を行う，ミクロ構造とマクロ構造の同時最適化の方法について，ハイパーレンズの構造設計を対象に開発を行ってきた．現在，ミクロ構造とマクロ構造の階層性を表現可能な方法の基礎検討は終了しており，具体的なハイパーレンズ構造設計を対象に，同時最適化の方法，アルゴリズムを構築していく予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Topology Optimization of an Acoustic Metamaterial with Negative Bulk Modulus Using Local Resonance2013
Author(s)
Lu, L., Yamamoto, T., Otomori, M., Yamada, T., Izui, K., and Nishiwaki, S.,
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Journal Title
Finite Elements in Analysis and Design
Volume: 72
Pages: 1-12
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Level set-based Topology optimization of acoustic metamaterials2013
Author(s)
Otomori, M., Lu, L., Nishiwaki, S., Yamada, T., Izui, K., and Yamamoto, T.
Organizer
the 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization
Place of Presentation
Orlando, Florida, USA
Year and Date
20130519-20130524
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[Presentation] Design of a far-infrared lens based on topology optimization,2013
Author(s)
Akatsuchi Y., Yamada, T., Izui, K., Nishiwaki, S., Ohkado, M., and Nomura, T.
Organizer
the 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization
Place of Presentation
Orlando, Florida, USA
Year and Date
20130519-20130524
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[Presentation] Topology optimization for microstructure design of plasmonic composites2013
Author(s)
Otomori, M., Andkjaer J., Sigmund, O., Yamada, T., Izui, K., and Nishiwaki, S.
Organizer
the 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization
Place of Presentation
Orlando, Florida, USA
Year and Date
20130519-20130524
