| 研究課題/領域番号 |
20K04367
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
|
|---|
| 研究機関 | 工学院大学 |
|---|
研究代表者 |
山本 崇史 工学院大学, 工学部, 教授 (30613640)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
|
|---|
| キーワード | 均質化法 / 最適化 / 多孔質材 / 吸音材 / 吸音率 / 微視構造 / トポロジー最適化 / 音響メタマテリアル / 構造・音響連成 / 密度度法 / 吸音 / 遮音 / 密度法 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
弾性・音響メタマテリアルは共振系や共鳴系を有する単位構造を波長以下の間隔で周期的に並べた人工構造材料で，等価特性が負になる周波数帯で特異的な機能を発現し，これまでにはない波の伝播制御ができるものとして注目されている．本研究では，構造・音響連成問題に対して適用できる動的均質化法を構築し，抜本的な構造設計が可能となるトポロジー最適化手法を組み合わせ，革新的な構造を有する弾性・音響メタマテリアルを創出する．また，積層造形法により試作し，検証実験を行う．
|
| 研究成果の概要 |
構築した動的均質化に，密度法にもとづくトポロジー最適化を組み込むことを検討していたが，密度法にもとづくトポロジー最適化の収束性に問題があることが分かった．スケールをまたいだ随伴変数による設計感度は，差分感度と1％以内の精度で一致しており，感度解析には問題ない．今後も引き続き検討する．
並行して低周波数の吸音率を向上させるため，独立気泡を周期的に混在させ，流路を屈曲化する新たな微視構造を考案した．垂直入射した音波の伝播方向を約45度傾けることができ，一種のメタマテリアルと言える．計算検討の結果，厚さ10ｍｍで1kHzの吸音率0.5 を達成した．また，3Dプリンターで実際に試作しその効果を検証した．
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
吸音という現象は，音波が微細な流路を伝播するときに発生する音響エネルギーの損失に起因するため，吸音材は連続気泡で構成されるのが通例であるが，その逆に独立気泡を混在させることで，向上させることが難しい低周波数帯域の吸音率を改善することができた．3Dプリンターで造形した多孔質材でその効果を実験的に検証することはできたが，実際の発泡系吸音材においてどのような化学的プロセスで実現できるかが課題である．今後，別の応用例を含めて情報発信することで当該分野の専門家との協調を図る．
|
