| 研究課題/領域番号 |
21K03757
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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) |
2021-04-01 – 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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | マルチスケール / 形状最適化 / 軽量化 / ポーラス構造 / 最適設計 / シェル構造 / 形状最適化手法 / マイクロラチス構造 / 積層シェル / 均質化法 / H１勾配法 / メタマテリアル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、３Dプリンティング技術の発展に伴い、軽量化への寄与の大きいポーラス材料が注目されている。マクロ構造の形状とマクロ構造内に分布するミクロ構造の空孔形状を自由に変動させることができれば、力学的に無駄のない革新的、極限的な軽量構造、メタミクロ構造が実現される。本研究では、このマクロ構造とミクロ構造を同時に最適化するパラメータ化フリーマルチスケール形状最適化のための理論と最適化システムの開発を行う。構造設計問題として、剛性、振動、及び強度問題を扱い、更に輸送機器に多用されるシェル構造への適用も進める。
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| 研究成果の概要 |
３Dプリンティング技術の発展に伴い、軽量化への寄与の大きいポーラス材料が注目されている。空孔を有するポーラス材料（ミクロ構造）を構造本体（マクロ構造）に適所に分布させれば革新的な軽量化が期待できる。本研究ではマクロ構造の形状最適化とマクロ構造中に分布するミクロ構造の具体的な形状、材料、断面寸法を同時に最適設計する新たなマルチスケール形状最適化手法の開発を行った。剛性、振動、強度の各設計問題を扱い、その解法を提案した。弾性体と板・シェルマクロ構造と、ポーラス構造やラチス構造から成るミクロ構造の形状と寸法の設計変数をノンパラメトリックで自由に変動させ、最大の力学特性と超軽量構造の獲得に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまでのマルチスケール問題の最適設計に関する研究はトポロジー最適化に関するものであり、形状最適化を対象にした本研究は新たな研究である。トポロジー最適化に比べて設計自由度は少ないが、形状と材料と寸法を設計変数とすることで、同等もしくはそれ以上のミクロ構造の創成が可能となる。更に、トポロジー最適化では得られない明瞭で滑らか、且つ具体的な境界設計やより微細構造が直接求められることを可能にし、3Dプリンティングへのダイレクトな適用も可能とした。
提案手法を設計に利用することにより、設計者にマルチスケールの最適設計の知見を与えると共に、経験の浅い設計者への設計支援システムにもなる。
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