| 研究課題/領域番号 |
19H00740
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
松本 敏郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10209645)
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| 研究分担者 |
田地 宏一 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (00252833)
植田 毅 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (30251185)
山田 崇恭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30598222)
飯盛 浩司 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50638773)
高木 賢太郎 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60392007)
高橋 徹 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90360578)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
34,320千円 (直接経費: 26,400千円、間接経費: 7,920千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)
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| キーワード | topology optimization / phononic material / boundary element method / finite element method / フォノニック構造 / トポロジー最適化 / フォトニック構造 / 局所共振 / フォトニックメタマテリアル / 境界要素法 / フォノニックメタマテリアル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究ではトポロジー最適化を用いて、局所共振現象を組み込んだ新しい特性を有するメタマテリアルの創成を試みる。多材料からなる単位構造の周期構造に対し、波動問題の解析手法として適した境界要素法を用い、周期構造の解析に必要な高速化を行い、多材料に対するトポロジー最適化アルゴリズムや新しい形状表現法を開発する。これらを基に局所共振弾性波動・電磁メタマテリアルのトポロジー最適化法を開発し、弾性波ダイオード、波動変換、クローキングデバイス等のメタマテリアルを創成する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、開放型共振器に適用するための新しいトポロジー最適化手法について検討を行い、効率的な固有周波数とモードの計算、音響共振問題の精密な固有値計算、フォトニック構造の微小構造のアイソジオメトリック境界要素法による滑らかな表現、メタマテリアルスラブへの特殊な機能の実装、そして音響導波路の新たな最適化スキームの開発，厳密な体積制約の取り扱い，非線形境界条件へのトポロジー導関数の拡張など、幅広い技術的進展を成し遂げた。これらの成果は、計算コストの大幅な削減と、物理的制約の厳密な遵守を目的としており、フォノニック構造の新機能の実現のための先進材料やデバイスの設計で重要な役割を担うと考えられる。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開発した開放型共振器に適用するための革新的なトポロジー最適化手法は，境界要素法と櫻井・杉浦法を組み合わせた新しい計算手法を用いて固有周波数とモードの効率的な計算が可能となり、複素固有値の精密な計算に対応した点が大きな学術的意義を有している。さらに、フォトニック構造やメタマテリアルスラブの設計において、微小構造の滑らかな境界表現やメタマテリアルとしての特殊機能の実装など、新しい物理的現象の理解と利用が進むことが期待される。社会的には、これらの技術的進歩がエネルギー効率の良い素材設計や次世代の電子デバイス、音響導波路，防音材料などの開発に貢献する可能性がある。
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