| 研究課題/領域番号 |
21K14229
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分22020:構造工学および地震工学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
干場 大也 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80847038)
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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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | トポロジー最適化 / 材料非線形 / 複合材料 / 弾塑性材料 / 複合構造物 / 感度解析 / 複合構造 / 複合ゴム構造 / 動的応答制御 / 最適設計 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年，新たな積層造形技術によって，幾何学的に高い自由度をもって異種材料を組み合わせる複合造形が可能になりつつある．特に，ゴム，樹脂，金属といったエネルギー散逸を生じる非線型材料の造形技術の発展が著しく，これらの材料をうまく組み合わせることで，荷重の大きさや時間変化に応じた耐衝撃性能や，特定の振動外力に対して制振性能を発揮するような複合材料の開発が期待できる．本研究では，粘弾性・粘弾塑性材料を含む複合材料の耐衝撃性・制振性といった動的パフォーマンスの制御を目的として，複合材料内部の個々の材料配置・形状を決定する数値シミュレーションの枠組みを構築する．
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| 研究成果の概要 |
ゴム・樹脂・金属を含む複合材料の耐衝撃性・制振性といった動的応答の制御を目的として，既往のトポロジー最適化理論を拡充した．はじめに，複合構造物の動的応答，特に材料由来の減衰特性を制御するという目的のもと，最適化問題設定および感度解析の定式化を行った．次に樹脂・金属の特徴である塑性変形を含む材料構成則を導入するため，弾塑性材料と非弾塑性材料を組み合わせた仮想的な材料モデルを提案し，異種複合材料のためのトポロジー最適化のフレームワークを構築した．最後に滑らかでない応力-ひずみ関係に由来する収束計算の不安定問題に対処するため，下負荷面モデルを応用した安定化手法について検討した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により，これまでのトポロジー最適化の枠組みで扱えなかった非線形複合材料の複雑な動的挙動を考慮した最適設計の実現に向けて前進した．弾塑性材料を含む異なる非線形材料を合わせた仮想混合材料モデルの提案と，同仮想材料のグレースケール下の応力-ひずみ関係の滑らかさを補完する下負荷面モデルの適用はこれまでにないアプローチであり，他の異種複合材料に対しても拡張性・汎用性を有している．
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