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Optimization method for sound-absorbing poroelastic media by using homogenization method and topology optimization method

Research Project

Project/Area Number 17K06238
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Dynamics/Control
Research InstitutionKogakuin University

Principal Investigator

Yamamoto Takashi  工学院大学, 工学部, 准教授 (30613640)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords吸音材 / 微視構造 / トポロジー最適化 / 均質化法 / 散逸エネルギー / 均質化 / 吸音率 / 随伴変数法 / 多孔質材料 / 解析・評価 / 多孔質吸音材
Outline of Final Research Achievements

Acoustic properties of sound-absorbing poroelastic media such as sound absorption coefficient are affected by microscopic structures. However, a design method for microscopic structures of sound-absorbing poroelastic media has not been established and the trial and error approach by prototypes is required. In this study, two new design methods for sound-absorbing poroelastic media are proposed. One is a parametric optimization method to design microscopic parameters of sound-absorbing poroelastic media, such as fiber diameter and pore size. In this method, Biot's parameters are identified by the homogenization method and are optimized by genetic algorithm. The other is topology optimization method to design microstructure directly. In this method, the homogenization method based on the asymptotic expansion and the topology optimization method based on density approach is utilized. Microscopic structure of sound-absorbing poroelastic structure is optimized to maximize dissipated energy.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

均質化法を用いマクロスケールで定義された目的関数を最小にするミクロスケールのトポロジーを最適化する設計法は弾性体問題では構築されているが,それを多孔質吸音材というマルチフィジクスの問題に拡張した.随伴変数法と密度法を用いるトポロジー最適化を応用しており,考え方は他のフィジクスにも応用が可能である.また,これまで,試作した吸音材に対して吸音率などの性能を予測・評価するという設計法が用いられており,目標性能を満たすためにはトライアンドエラーが必要であったが,所望の吸音特性となる吸音材料を最適設計するという従来とは逆方向の新しい設計法を構築することができ,設計の効率化,材料の高機能化につながる.

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] 散逸エネルギー最大化を目的とした多孔 質吸音材微視構造のトポロジー最適化2019

    • Author(s)
      山本 崇史
    • Organizer
      日本機械学 会 機械力学・計測制御部門 Dynamics and Design Conference 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 吸音材微視構造のマルチスケールトポロ ジー最適化2019

    • Author(s)
      山本 崇史
    • Organizer
      日本機械学会 第 29 回設計工学・システ ム部門講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 均質化法による発泡 樹脂吸音材の材料内部構造モデル化技術の開発2019

    • Author(s)
      山川 啓介, 桂 大詞, 山本 崇史
    • Organizer
      自 動車技術会 秋季学術講演会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 均質化法とトポロジー最適化を併用した多孔質 材微視構造の設計法2019

    • Author(s)
      山本 崇史, 山川 啓介, 桂 大詞, 遊川 秀幸, 大下 浄治
    • Organizer
      制振工学研究会 技術交流会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 散逸エネルギー最大化を目的とした均質化法に基づ く多孔質材微視構造のトポロジー最適化2019

    • Author(s)
      山本 崇史, 山川 啓介, 桂 大詞, 遊川 秀幸, 大下 浄治
    • Organizer
      日本音響 学会 春季研究発表会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 均質化法による繊維系吸音材の微視構造モデル化検討2019

    • Author(s)
      島村 凌平,高草木 亮平,山本 崇史(工学院大)
    • Organizer
      自動車技術会 関東支部 2018年度 学術研究講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] Optimization of microstructure of sound-absorbing poroelastic material by homogenization method2018

    • Author(s)
      山本 崇史(工学院大),桂 大詞,久保田 寛 (マツダ株式会社)
    • Organizer
      自動車技術会春季学術講演会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 均質化法による多孔質吸音材微視構造の寸法最適化2018

    • Author(s)
      山本 崇史(工学院大)
    • Organizer
      日本機械学会 機械力学・計測制御部門 Dynamics and Design Conference 2018
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 均質化法による吸音材微視構造の寸法最適化2018

    • Author(s)
      山本 崇史(工学院大)
    • Organizer
      日本機械学会年次大会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 均質化法によるナノファイバー吸音材の微視構造モデル化検討2018

    • Author(s)
      島村 凌平,高草木 亮平,山本 崇史(工学院大),赤坂 修一(東工大)
    • Organizer
      制振工学研究会 技術交流会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 均質化法を用いた発泡系吸音材の微視構造最適化2018

    • Author(s)
      川畑 翔 , 山本崇史
    • Organizer
      自動車技術会 関東支部 2017年度 学術研究講演会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Design of micro structure of poroelastic material to control sound absorption by homogenization method2017

    • Author(s)
      T.Yamamoto, Y. Imae
    • Organizer
      ICSV24
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 吸音材微視構造の最適設計2017

    • Author(s)
      川畑 翔 , 山本崇史
    • Organizer
      制振工学研究会 技術交流会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 吸音率最大化を目的とした多孔質吸音材の空孔径最適化2017

    • Author(s)
      川畑 翔 , 山本崇史
    • Organizer
      日本機械学会 機械力学・計測制御部門 Dynamics and Design Conference 2017
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  • [Remarks] 工学院大学 自動車音響振動研究室

    • URL

      http://www.mech.kogakuin.ac.jp/labs/acv/index.html

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      2019 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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