Development of nonlinear topology optimization based on CMA-ES and its application to hyperelastic mechanical cloak

• Project/Area Number: 20H02053
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18030:Design engineering-related
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 藤井 雅留太 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (90569344)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋本 洋平 筑波大学, システム情報系, 准教授 (20709654)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: トポロジー最適化 / CMA-ES / 超弾性 / 非線形構造解析

Outline of Research at the Start

本研究では，CMA-ES（共分散行列適応進化戦略）に基づいた最適解探索法と級数展開に基づく新しいレベルセット法による構造表現および非線形有限要素解析を用いた超弾性体の変位制御に関するトポロジー最適化を開発する．開発した手法を用いて，ゴムなどの超弾性材料を用いた大変形においても所望の変位場を再現するデバイスのトポロジー最適設計を行う．CMA-ESは多峰性や変数間依存性，不連続性の強い困難な非線形最適化問題に頑強であり，初期解の選択に対し，ロバストな最適化法である．また，計算を高速化するため，より少ない構造群の更新で良い性能を実現する構造を探索できる手法を構築する．