| 研究課題/領域番号 |
18K03853
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 豊田工業大学 |
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研究代表者 |
下田 昌利 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00350570)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2019年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | 形状最適化 / トポロジー最適化 / 軽量化 / 複合材料 / ポーラス構造 / シェル構造 / 最適設計 / マルチスケール / マルチマテリアル / 形状最適化手法 / 繊維配向角 / FRP積層シェル / H1勾配法 / 骨組構造 / 均質化法 / H１勾配法 / ミクロ構造 / マクロ構造 / FRP複合材料 / 配向角最適化 / 変分法 / 関数空間の勾配法 / 構造最適設計 / サンドイッチ構造 / 最適設計法 / 薄板構造体 / 形態・材料最適化 / パラメータフリー / 超軽量化 |
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| 研究成果の概要 |
モノ創り、特に輸送機器の開発では構造体の抜本的な軽量化が求められている。同一材料による従来型の軽量化は限界に近いとされ、材料を適所に配置するマルチマテリアル構造が注目されている。
本研究ではマルチマテリアル構造に不可欠な繊維強化樹脂(FRP)やセル構造(ポーラス材料、ラチス構造)を含む多層薄板構造体を対象に、全体形状とFRP各層の材料配向、及びセル構造の内部形状を求める最適設計手法の開発に取り組んだ。この超大規模設計問題を統一的、且つ効率的に扱うための分布系の解法を構築し、マルチマテリアル構造の材料性能を無駄なく最大限に発揮させ得る超軽量構造設計法の開発に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
FRPや多孔質材料からなる多層薄板構造体に対して、これまでにない究極の軽量化のための最適設計法を示した。従来のパラメトリック手法ではなく、関数空間で解を求める分布系の解法であるため、大規模設計問題を効率的に解くことができる。そこではFRPの最適繊維配向を連続自由曲線として求めることに初めて成功し、曲率のコントロールも可能にした。また、コア部のポーラス構造の孔形状やラチス構造の部材形状の最適化法も新たに提案した。
複雑、且つ超大規模な最適設計問題の解法の開発はこれまで解けなかった問題への対応を可能にしたばかりでなく、設計者に最適解の知見を与え、経験の浅い設計者への支援システムにもなる。
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