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多目的最適化手法を応用した建築物の構造設計に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15760424
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 建築構造・材料
研究機関三重大学

研究代表者

高田 豊文  三重大学, 工学部, 助教授 (90242932)

研究期間 (年度) 2003 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
2005年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2004年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2003年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
キーワード最適構造設計 / トラス・トポロジー / 多目的最適化 / 線形計画法 / パレート最適解 / コンプライアンス / トポロジー / 遺伝的アルゴリズム / 骨組構造物 / 限界状態設計 / 構造設計 / 最適設計
研究概要

本研究では,トラス構造物や剛接骨組構造物の弾性設計を,多目的最適設計問題として取り扱っている.これまでは,最適化手法としてStrength Pareto Evolutionary Algorithm(SPEA)を用いていた.今年度の研究では,部材総体積と構造全体のひずみエネルギー(コンプライアンス)を目的関数としたトラス・トポロジー最適化問題を対象とした.この問題では,最適性条件(Kuhn-Tucker条件)を利用すれば,体積とコンプライアンスとの関係式を理論的に導出することができる.これによって,パレート最適解における部材総体積とコンプライアンスとの関係が反比例となること,パレート最適となるトラスでは全部材の応力度の絶対値が等しくなること,パレート最適解の軸力は部材断面に依存しないことを明らかにした.また,部材総体積とコンプライアンスを目的関数とした多目的最適化問題が,それらの積の最小化問題と等価であることを示し,部材軸力を設計変数とした線形計画問題に帰着されることを明らかにした.したがって,本多目的設計問題に線形計画法(シンプレックス法)を適用することができ,効率的にパレート最適解を得ることができる.さらに,本手法によって得られたパレート境界を利用すれば,「体積制約下のコンプライアンス最小解」,および「コンプライアンス制約下の体積最小解」,「応力制約下の体積最小解」が容易に得られることも明らかにした.本手法を多くの設計例に適用し,設計対象の規模(節点数・部材数)と計算効率の関係や,最適トラス・トポロジーのロバスト性についても考察した.

報告書

(3件)
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (12件) 文献書誌 (4件)

  • [雑誌論文] 体積とコンプライアンスを目的関数にしたトラス構造物の最適化手法2006

    • 著者名/発表者名
      高田豊文
    • 雑誌名

      日本計算工学会論文集 2005年号

    • NAID

      130008056142

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 体積とコンプライアンスを目的関数としたトラス・トポロジーの多目的最適化-その1.線形計画法による最適化2006

    • 著者名/発表者名
      高田豊文
    • 雑誌名

      第55回理論応用力学講演会講演論文集

      ページ: 141-142

    • NAID

      130005020540

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 体積とコンプライアンスを目的関数としたトラス・トポロジーの多目的最適化-その2.大規模なトラス・トポロジー最適化問題への適用2006

    • 著者名/発表者名
      松岡貴士
    • 雑誌名

      第55回理論応用力学講演会講演論文集

      ページ: 143-144

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 線形計画法によるトラス・トポロジーの多目的最適化2006

    • 著者名/発表者名
      高田豊文
    • 雑誌名

      日本建築学会東海支部研究報告集 第44号

      ページ: 129-132

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] グランドストラクチャの節点数・部材数や荷重方向が最適トラス・トポロジーに及ぼす影響2006

    • 著者名/発表者名
      高田豊文
    • 雑誌名

      日本建築学会東海支部研究報告集 第44号

      ページ: 121-124

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 体積とコンプライアンスを目的関数としたトラス・トポロジー最適化問題への線形計画法の適用2005

    • 著者名/発表者名
      高田豊文
    • 雑誌名

      日本建築学会構造系論文集 第598号

      ページ: 87-91

    • NAID

      110004839856

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] トラス・トポロジーの多目的最適化2005

    • 著者名/発表者名
      高田豊文
    • 雑誌名

      「建築構造物の性能最適化とロバスト性に関するセミナー」テキスト

      ページ: 7-13

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] コンプライアンスと体積を目的関数にしたトラス構造物の多目的設計2005

    • 著者名/発表者名
      松嶋 圭吾
    • 雑誌名

      日本建築学会東海支部研究報告集 第43号

      ページ: 221-224

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 多目的遺伝的アルゴリズムを用いた橋梁の限界状態設計2004

    • 著者名/発表者名
      松嶋 圭吾
    • 雑誌名

      計算工学講演会論文集 第9巻, 第1号

      ページ: 423-426

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 多目的遺伝的アルゴリズムを用いたトラス構造物の限界状態設計2004

    • 著者名/発表者名
      松嶋 圭吾
    • 雑誌名

      日本建築学会大会学術講演梗概集 B1

      ページ: 303-304

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural design of frame structures by means of a multiobjective genetic algorithm2004

    • 著者名/発表者名
      T.Takada
    • 雑誌名

      Proceedings of the 4th International Conference on Engineering Computational Technology (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Generation of structural shape by means of a multiobjective genetic algorithm2004

    • 著者名/発表者名
      T.Takada
    • 雑誌名

      Book of Abstracts of the International Workshops on Advances in Computational Mechanics

      ページ: 104-104

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] 高田 豊文: "多目的最適化手法を応用したトラス構造物の弾性設計に関する研究"日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集. 891-892 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Takada: "Application of multiobjective optimization method to structural design of frame structures"Research Reports of the Faculty of Engineering Mie University. Vol.28. 61-71 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 高田 豊文: "多目的遺伝的アルゴリズムを用いた橋梁の構造形態創生"第53回理論応用力学講演会講演論文集. 607-608 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 松嶋 圭吾: "橋梁の構造形態創生に対する多目的最適化手法の応用"日本建築学会東海支部研究報告集. 第42号. 333-336 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2016-04-21  

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