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最適設計の加速原理:大規模な建築構造物のための最適化法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K06633
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 建築構造・材料
研究機関東京大学

研究代表者

寒野 善博  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (10378812)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード最適設計 / 構造最適化 / 凸最適化 / 双対性 / 加速勾配法 / 信頼性最適設計 / ロバスト最適化 / 近接勾配法 / 交互方向乗数法 / DCアルゴリズム / 加速法 / 連続最適化 / 混合整数計画
研究成果の概要

近年,理工学のさまざまな分野で,データ駆動型の手法が急速に展開されている.これに伴い,大規模な最適化問題を解く種々の新しい手法が開発されている.この研究課題では,そのような手法を手がかりに,構造物のさまざまな非線形解析や最適設計問題を効率的に解く一連の手法を開発することを目的とした.その結果,弾塑性問題や接触問題に対する従来よりも高速な解法や,ロバスト最適化などの難しい最適設計問題に対する新しい定式化,組合せ的な性質をもつ最適設計問題に対する高速な発見的解法などを開発した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

最適設計法は,構造物の設計過程の合理化にとどまらず,高度な性能が要求される構造物を設計するには欠かせない方法論である.最適設計のさらなる実用化に向けた課題の1つとして,この研究課題では,大規模な非線形解析や最適設計問題を高速に解く一連の手法を開発することを目指した.また,実装の容易な手法とすることで,より実用化を促進することを目指した.このように,この研究課題の成果は,先進的な構造物の設計に欠くことのできない最適設計法のさらなる実用化に向けた基礎技術の集積であるとみなせる.

報告書

(6件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 1件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 12件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Technion(Israel)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] PRIMAL-DUAL ALGORITHM FOR QUASI-STATIC CONTACT PROBLEM WITH COULOMB'S FRICTION2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 雑誌名

      日本オペレーションズ・リサーチ学会論文誌

      巻: 65 号: 1 ページ: 1-22

    • DOI

      10.15807/jorsj.65.1

    • NAID

      130008154922

    • ISSN
      0453-4514, 2188-8299
    • 年月日
      2022-01-31
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Accelerated proximal gradient method for bi-modulus static elasticity2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 雑誌名

      Optimization and Engineering

      巻: to appear 号: 1 ページ: 453-477

    • DOI

      10.1007/s11081-021-09595-2

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A NOTE ON ACCELERATED PROXIMAL GRADIENT METHOD FOR ELASTOPLASTIC ANALYSIS WITH TRESCA YIELD CRITERION2020

    • 著者名/発表者名
      Wataru Shimizu, Yoshihiro Kanno
    • 雑誌名

      日本オペレーションズ・リサーチ学会論文誌

      巻: 63 号: 3 ページ: 78-92

    • DOI

      10.15807/jorsj.63.78

    • NAID

      130007882294

    • ISSN
      0453-4514, 2188-8299
    • 年月日
      2020-07-31
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On three concepts in robust design optimization: absolute robustness, relative robustness, and less variance2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 雑誌名

      Structural and Multidisciplinary Optimization

      巻: 62 号: 2 ページ: 979-1000

    • DOI

      10.1007/s00158-020-02503-9

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An accelerated Uzawa method for application to frictionless contact problem2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 雑誌名

      Optimization Letters

      巻: 14 号: 7 ページ: 1845-1854

    • DOI

      10.1007/s11590-019-01481-2

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A note on a family of proximal gradient methods for quasi-static incremental problems in elastoplastic analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 雑誌名

      Theoretical and Applied Mechanics Letters

      巻: 10 号: 5 ページ: 315-320

    • DOI

      10.1016/j.taml.2020.01.044

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Robust optimization of structures subjected to frictionless unilateral contact with uncertain initial gaps2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Letters

      巻: 6 号: 0 ページ: 20-00224

    • DOI

      10.1299/mel.20-00224

    • NAID

      130007953815

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploiting Lagrange duality for topology optimization with frictionless unilateral contact2020

    • 著者名/発表者名
      Kanno Yoshihiro
    • 雑誌名

      Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics

      巻: 37 号: 1 ページ: 25-48

    • DOI

      10.1007/s13160-019-00375-1

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A data-driven approach to non-parametric reliability-based design optimization of structures with uncertain load2019

    • 著者名/発表者名
      Kanno Yoshihiro
    • 雑誌名

      Structural and Multidisciplinary Optimization

      巻: 60 号: 1 ページ: 83-97

    • DOI

      10.1007/s00158-019-02199-6

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Alternating direction method of multipliers for truss topology optimization with limited number of nodes: a cardinality-constrained second-order cone programming approach2018

    • 著者名/発表者名
      Kanno Yoshihiro、Fujita Shinnosuke
    • 雑誌名

      Optimization and Engineering

      巻: 印刷中 号: 2 ページ: 327-358

    • DOI

      10.1007/s11081-017-9372-3

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Alternating direction method of multipliers as a simple effective heuristic for mixed-integer nonlinear optimization2018

    • 著者名/発表者名
      Kanno Yoshihiro, Kitayama Satoshi
    • 雑誌名

      Structural and Multidisciplinary Optimization

      巻: 58 号: 3 ページ: 1291-1295

    • DOI

      10.1007/s00158-018-1946-y

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Alternating Direction Method of Multipliers as Simple Heuristic for Topology Optimization of a Truss With Uniformed Member Cross Sections2018

    • 著者名/発表者名
      Kanno Yoshihiro
    • 雑誌名

      Journal of Mechanical Design

      巻: 141 号: 1 ページ: 011403-011403

    • DOI

      10.1115/1.4041174

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Heuristic Method Using Hessian Matrix for Fast Flow Topology Optimization2018

    • 著者名/発表者名
      Yonekura Kazuo, Kanno Yoshihiro
    • 雑誌名

      Journal of Optimization Theory and Applications

      巻: 180 号: 2 ページ: 671-681

    • DOI

      10.1007/s10957-018-1404-4

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robust truss topology optimization via semidefinite programming with complementarity constraints: a difference-of-convex programming approach2018

    • 著者名/発表者名
      Kanno Yoshihiro
    • 雑誌名

      Computational Optimization and Applications

      巻: 71 号: 2 ページ: 403-433

    • DOI

      10.1007/s10589-018-0013-3

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intrinsic Formulation and Lagrange Duality for Elastic Cable Networks with Geometrical Nonlinearity2018

    • 著者名/発表者名
      Kanno Yoshihiro
    • 雑誌名

      Journal of Elasticity

      巻: 134 号: 2 ページ: 193-217

    • DOI

      10.1007/s10659-018-9687-0

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 部材長さと接合部数に上限値を設けた骨組の大域的トポロジー最適化2018

    • 著者名/発表者名
      藤田 慎之輔,寒野 善博
    • 雑誌名

      日本建築学会構造系論文集

      巻: 83 号: 745 ページ: 451-458

    • DOI

      10.3130/aijs.83.451

    • NAID

      130006588608

    • ISSN
      1340-4202, 1881-8153
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accelerated proximal gradient method for elastoplastic analysis with von Mises yield criterion2017

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Wataru, Kanno Yoshihiro
    • 雑誌名

      Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics

      巻: 35 号: 1 ページ: 1-32

    • DOI

      10.1007/s13160-017-0280-x

    • NAID

      210000165277

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural design for earthquake resilience: Info-gap management of uncertainty2017

    • 著者名/発表者名
      Kanno Yoshihiro、Fujita Shinnosuke、Ben-Haim Yakov
    • 雑誌名

      Structural Safety

      巻: 69 ページ: 23-33

    • DOI

      10.1016/j.strusafe.2017.07.004

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Robust optimization of structures under unilateral contacts with uncertain initial gaps2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 学会等名
      The 14th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO14)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 圧縮と引張とで材料定数が異なる弾性体の釣合い解析に対する加速射影勾配法2021

    • 著者名/発表者名
      寒野 善博
    • 学会等名
      第34回計算力学講演会 (CMD2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Topology optimization of structures under frictionless unilateral contact: a formulation without complementarity constraints2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 学会等名
      Asian Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reliability- and robustness-based design2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 学会等名
      State-Of-The-Art (SOTA) Panel Session, the 13th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO13)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Bridging reliability-based design optimization and robust design optimization: a data-driven approach2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 学会等名
      The 13th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO13)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accelerated proximal gradient methods for quasistatic analysis of elastoplastic continua2019

    • 著者名/発表者名
      Wataru Shimizu, Yoshihiro Kanno
    • 学会等名
      The 30th European Conference on Operational Research (EURO 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accelerated proximal gradient methods for incremental problems in plasticity2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 学会等名
      The 8th Symposium of the European Network for Nonsmooth Dynamics (ENNSD8)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 摩擦なし接触を伴う構造物のトポロジー最適化2019

    • 著者名/発表者名
      寒野 善博
    • 学会等名
      第29回設計工学・システム部門講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 摩擦のない接触下のトポロジー最適化におけるLagrange双対性について2019

    • 著者名/発表者名
      寒野 善博
    • 学会等名
      第42回情報・システム・利用・技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] A simple heuristic based on alternating direction method of multipliers for solving mixed-integer nonlinear optimization2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno, Satoshi Kitayama
    • 学会等名
      Asian Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization 2018 (ACSMO 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] An accelerated Uzawa method for frictionless contact problems2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kanno
    • 学会等名
      The 10th European Solid Mechanics Conference (ESMC 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Global topology optimization of structural frames considering constructability2018

    • 著者名/発表者名
      Shinnosuke Fujita, Yoshihiro Kanno
    • 学会等名
      International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Annual Symposium: Creativity in Structural Design
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 交互方向乗数法による混合整数非線形計画の発見的解法2018

    • 著者名/発表者名
      寒野 善博,北山 哲士
    • 学会等名
      日本オペレーションズ・リサーチ学会秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 交互方向乗数法による一様断面を有するトラスの位相最適化2018

    • 著者名/発表者名
      寒野 善博
    • 学会等名
      第12回最適化シンポジウム (OPTIS 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 摩擦なし接触問題に対するUzawa法の加速法2018

    • 著者名/発表者名
      寒野 善博
    • 学会等名
      第31回計算力学講演会 (CMD2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 部材長に上限値を設けたトラスのトポロジー最適化2018

    • 著者名/発表者名
      寒野 善博
    • 学会等名
      第41回情報・システム・利用・技術シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Mixed-integer second-order cone programming for truss topology optimization with self-weight load and limitation on number of nodes2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanno
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management (IEEE IEEM2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A heuristic for truss topology optimization under constraint on number of nodes2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanno, S. Fujita
    • 学会等名
      IASS Annual Symposium—Interfaces: Architecture, Engineering, Scienc
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A fast first-order optimization approach to quasistatic elastoplastic analysis with von Mises yield criterion2017

    • 著者名/発表者名
      W. Shimizu, Y. Kanno
    • 学会等名
      XIV International Conference on Computational Plasticity (COMPLAS 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 交互方向乗数法によるトラスの節点数制約つき位相最適化2017

    • 著者名/発表者名
      寒野 善博,藤田 慎之輔
    • 学会等名
      日本機械学会第27回設計工学・システム部門講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 加速勾配法による大規模骨組構造の弾性解析2017

    • 著者名/発表者名
      山本 発,寒野 善博,藤田 慎之輔
    • 学会等名
      2017年度日本建築学会大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2023-01-30  

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