Multi-scale topology optimization of acoustic metamaterials

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14166
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 18030:Design engineering-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Matsushima Kei 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60943537)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 音響メタマテリアル / トポロジー最適化 / マルチスケール / 最適設計 / 散乱解析

Outline of Final Research Achievements

The outcomes of this research are as follows: (1) We developed a method for calculating scattering matrices and developed an optimal design method for acoustic metamaterials. (2) We explored the exceptional points in open elastic systems composed of circular multilayered elastic bodies. (3) We designed a cloaking structure using parity-time symmetry and revealed that spatial asymmetry can occur in the cloaking performance. (4) Through collaborative research with international researchers, we devised a new method for dispersion analysis of Rayleigh-Bloch waves propagating on a diffraction grating. (5) We developed a regularization method to resolve numerical instabilities encountered in optimal design methods.

Free Research Field

計算力学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果により、ミクロ・マクロ構造を独自のアルゴリズムによって同時に設計する方法が構築され、また近年応用物理学分野において盛んに研究されている非エルミート系に関連する物理現象を所望に操作するための手法として最適設計が有用であることも確認した。
社会的意義として、本研究によって開発した音響構造設計法によって、より高効率な静音・制振構造の実現が期待される。振動の制御は幅広い産業において重要な技術であり、これらの基盤となる技術への応用に繋がる可能性がある。