• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

高機能熱電デバイス設計のためのトポロジー最適設計法の構築

Research Project

Project/Area Number 17J09036
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Computational science
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

古田 幸三  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords構造最適化 / 微視系熱伝導 / 微視構造 / ボルツマン輸送方程式 / レベルセット法 / 設計感度
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,微視構造に着目することで,従来に無い材料特性を伴った高機能熱電デバイス設計のための最適設計法の構築を目的としている.本研究は,従来の最適設計法ではほとんど扱われてこなかったサブミクロン,ナノメートルオーダーと呼ばれるような微視構造設計に着目するものであり,微視構造内特有の熱伝導を考慮した最適設計法の構築が本研究課題の最も重要な部分になる.
昨年度は主にボルツマン輸送方程式に基づく微視系熱伝導問題を対象とした設計感度の導出方法を構築した.その続きとして,今年度前半には,様々な目的を扱えるような,より一般的な設計感度の導出方法の構築を行い,数値例を通し,提案した手法の妥当性および有効性の検証を行った.その成果の一部について,中国の大連で開かれたACSMO2018にて口頭発表を行った.その後,最適設計法への拡張を行うために,微視系熱伝導を対象とした設計問題の中で最も単純な温度最小化を目的とした構造最適設計法の構築を行った.そして,数値例を通し,本手法の妥当性の検証を行った.本成果については,アメリカのニューヨークで開催された"the 13th WCCM"にて口頭発表を行った.以上,今年度の前半では本課題達成のための基礎となる構造最適設計法の構築を行った.そして,今年度の後半からは実際の熱電デバイスの高性能化を目的とした最適設計法の構築を行った.熱電デバイスの性能向上には,系内における高温部と低温部の温度差を大きくする必要がある.そのため,本研究ではレベルセット法を用いた微視系熱伝導における系内の温度差最小化を目的とした構造最適設計法の構築を行い,本成果を関西大学で開催された「2018年度日本機械学会年次大会」の招待講演にて発表を行った.
以上が今年度の研究実績の概要である.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Shape sensitivity for a two-phase heat conduction problem considering nanoscale effects2018

    • Author(s)
      Furuta Kozo, Sato Ayami, Izui Kazuhiro, Matsumoto Mitsuhiro, Yamada Takayuki, Nishiwaki Shinji
    • Journal Title

      Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: JAMDSM0003-JAMDSM0003

    • DOI

      10.1299/jamdsm.2018jamdsm0003

    • NAID

      130006304344

    • ISSN
      1881-3054
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] フォノンによる微視系熱輸送におけるエネルギー最小化問題を対象とした感度解析2018

    • Author(s)
      古田幸三,佐藤綾美,泉井一浩,山田崇恭,松本充弘,西脇眞二
    • Journal Title

      計算数理工学論文集

      Volume: 17 Pages: 28-171215

    • NAID

      40021431318

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Structural optimization for two-phase nanoscale heat conduction problems2018

    • Author(s)
      Kozo Furuta, Ayami Sato, Kazuhiro Izui, Takayuki Yamada, Mitsuhiro Matsumoto and Shinji Nishiwaki
    • Organizer
      The 4th International Conference on Computational Design in Engineering
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural optimization for nanoscale heat conduction problems based on the phonon Boltzmann transport equation2018

    • Author(s)
      Kozo Furuta, Ayami Sato, Kazuhiro Izui, Mitsuhiro Matsumoto
    • Organizer
      The Asian Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural Optimization of Thermoelectric Nanomaterials Using the Level Set Method2018

    • Author(s)
      Kozo Furuta, Ayami Sato, Kazuhiro Izui, Takayuki Yamada, Mitsuhiro Matsumoto and Shinji Nishiwaki
    • Organizer
      The 13th World Congress on Computational Mechanics
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 微視熱伝導系を対象とした構造最適設計法2018

    • Author(s)
      古田幸三
    • Organizer
      2018年度年次大会,日本機械学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 熱電材料を対象とした微視構造の最適設計法2018

    • Author(s)
      古田幸三,佐藤綾美,泉井一浩,山田崇恭,松本充弘,西脇眞二
    • Organizer
      2018年度年次大会,日本機械学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 微視構造内における温度最小化を目的としたレベルセット法に基づく形状最適化2018

    • Author(s)
      古田幸三,佐藤綾美,泉井一浩,山田崇恭,松本充弘,西脇眞二
    • Organizer
      最適化シンポジウム2018,日本機械学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱電素子を対象としたマ ルチマテリアルを用いたトポロジー最適化2017

    • Author(s)
      古田幸三,折井将彦,土橋拓也,泉井一浩,山田崇恭,西脇眞二,大谷亮
    • Organizer
      第 22 回計算工学講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 不連続性を考慮したナノスケール 熱伝導を対象とした最適設計手法2017

    • Author(s)
      古田幸三,佐藤綾美,泉井一浩,山田崇恭,松本充弘,西脇眞二
    • Organizer
      第 27 回設計工学・システム部門講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] フォノンによる微視系熱輸送にお けるエネルギー最小化問題を対象とした感度解析2017

    • Author(s)
      古田幸三,佐藤綾美,泉井一浩,山田崇恭,松本充弘,西脇眞二
    • Organizer
      計算数理工学シンポジウム 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Level set-based topology optimization for thermoelectric nanostructures considering the temperature discontinuity based on the Boltzmann transport equation2017

    • Author(s)
      Furuta Kozo, Sato Ayami, Izui Kazuhiro, Matsumoto Mitsuhiro, Yamada Takayuki, Nishiwaki Shiinji
    • Organizer
      12th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimisation
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Shape sensitivity for thermal design problem based on the Boltzmann Transport Equation2017

    • Author(s)
      Furuta Kozo, Sato Ayami, Izui Kazuhiro, Matsumoto Mitsuhiro, Yamada Takayuki, Nishiwaki Shiinji
    • Organizer
      The 9th US and Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi