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複合材料のエネルギー吸収性能最大化―マルチスケール構造最適化法の新導入

研究課題

研究課題/領域番号 23560561
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 構造工学・地震工学・維持管理工学
研究機関東北大学

研究代表者

加藤 準治  東北大学, 災害科学国際研究所, 助教 (00594087)

研究分担者 京谷 孝史  東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (00186347)
寺田 賢二郎  東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (40282678)
研究期間 (年度) 2011 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2012年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2011年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード応用力学 / 構造最適化 / トポロジー / 制震 / シミュレーション工学 / 計算力学 / 複合材料 / マルチスケール解析 / トポロジー最適化 / 均質化法 / 材料非線形
研究概要

本研究は,複合材料のミクロレベルにおける材料の種類や配置を最適化する,マルチスケール構造最適化手法を確立することを目的としたものであった.本研究では,「マルチスケールトポロジー最適化手法」という新しい方法を確立し,国内外の学会や学術論文にて発表した.この手法は,今後の数値材料設計をやる上で,非常に有効な手法であり,有限要素法を基本としものである.また,本研究では上記の目的に加え,新たな方法として,複合材料の弾塑性挙動を考慮したトポロジー最適化法およびフェーズフィールド法によるトポロジー最適化手法の開発に成功した.これらの成果は,学術論文ならびに国内外の学会で積極的に発表された.

報告書

(4件)
  • 2013 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2012 実施状況報告書
  • 2011 実施状況報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2014 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (18件) (うち査読あり 17件) 学会発表 (30件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Multiphase topology optimization of composites under elastoplastic behavior2014

    • 著者名/発表者名
      J. Kato, H. Hoshiba, S. Takase, K. Terada, T. Kyoya
    • 雑誌名

      Structural and Multidisciplinary Optimization

      巻: (投稿済)

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 複合材料の塑性変形挙動を考慮したトポロジー最適化と解析的感度手法の精度検証2014

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,干場大也,高瀬慎介,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 雑誌名

      日本計算工学会論文集

      巻: (投稿済)

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topology optimization of micro-structure for composites applying a decoupling multi-scale analysis2014

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Daishun Yachi, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 雑誌名

      Structural and Multidisciplinary Optimization

      巻: 49 ページ: 595-608

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Topology optimization of micro-structure for composites applying a decoupling multi-scale analysis2014

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Daishun Yachi, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 雑誌名

      Structural and Multidisciplinary optimization

      巻: 49 ページ: 595-608

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] マルチスケールトポロジー最適化手法と解析的感度導出法の提案2013

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜,加藤準治,高瀬慎介,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 雑誌名

      日本計算工学会論文集(Transactions of JSCE)

      巻: Paper No.20130022

    • NAID

      130004438104

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A method of two-scale analysis with micro-macro decoupling scheme : application to hyperelastic composite materials2013

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Terada, Junji Kato, Norio Hirayama, Masanori Inugai, Koji Yamamoto
    • 雑誌名

      Computational Mechanics

      巻: 52 ページ: 1199-1219

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] マルチスケールトポロジー最適化手法の3次元構造問題への拡張2013

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,谷地大舜,高瀬慎介,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: Vol. 69, No. 2 (応用力学論文集Vol. 16)

    • NAID

      130004557340

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiphase layout optimization for fiber reinforced composites considering a damage model2013

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Ekkehard Ramm
    • 雑誌名

      Engineering Structures

      巻: 49

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] マルチスケールトポロジー最適化手法と解析的感度導出法の提案2013

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜、加藤準治、高瀬慎介、寺田賢二郎、京谷孝史
    • 雑誌名

      日本計算工学会論文集

      巻: No.20130022 ページ: 1-16

    • NAID

      130004438104

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A method of two-scale analysis with micro-macro decoupling scheme: application to hyperelastic composite materials2013

    • 著者名/発表者名
      K. Terada, J. Kato, N. Hirayama, T. Inugai, K. Yamamoto
    • 雑誌名

      Computational Mechanics

      巻: 52 ページ: 1199-1219

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiphase layout optimization for fiber reinforced composites considering a damage model, Engineering Structures2013

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato and Ekkehard Ramm
    • 雑誌名

      Engineering Structures

      巻: 49 ページ: 202-220

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 複合材料のマクロ構造挙動を考慮したミクロ構造トポロジー最適化2012

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: Vol. 68, No. 2 (応用力学論文集Vol. 15)

    • NAID

      130004557268

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 複合材料のマクロ構造挙動を考慮したミクロ構造トポロジー最適化2012

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 雑誌名

      土木学会論文集 A2(応用力学)

      巻: Vol. 68 (2) ページ: 202-220

    • DOI

      10.1016/j.engstruct.2012.10.029

    • NAID

      130004557268

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 繊維複合材料のひずみ軟化を考慮した多層材料最適化手法の提案2011

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,Ramm Ekkehard,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2

      巻: 67(1) ページ: 39-53

    • NAID

      130004557141

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [雑誌論文] 損傷を受ける繊維複合材料の繊維形状最適化2011

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,Ramm Ekkehard,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2

      巻: 67(1) ページ: 54-68

    • NAID

      130004557142

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 損傷を受ける繊維複合材料の繊維形状最適化2011

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,Ramm Ekkehard, 寺田賢二郎,京谷孝史
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2

      巻: 67 (1) ページ: 54-68

    • NAID

      130004557142

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 繊維複合材料のひずみ軟化を考慮した多層材料最適化手法の提案2011

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,Ramm Ekkehard, 寺田賢二郎,京谷孝史
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2

      巻: 67 (1) ページ: 39-53

    • NAID

      130004557141

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Composites, Multiscale Modeling and Optimization2011

    • 著者名/発表者名
      E. Ramm and J. Kato et al.
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Applied & Computational Mechanics

      巻: 55 ページ: 281-304

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Phase-field法を用いたマルチスケールトポロジー最適化2014

    • 著者名/発表者名
      加茂純宜,加藤準治,高瀬慎介,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 学会等名
      土木学会東北支部技術研究発表会
    • 発表場所
      八戸
    • 年月日
      2014-03-08
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] 複合材料の塑性挙動を考慮したトポロジー最適化の実装2014

    • 著者名/発表者名
      干場大也,加藤準治,高瀬慎介,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 学会等名
      土木学会東北支部技術研究発表会
    • 発表場所
      八戸
    • 年月日
      2014-03-08
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] Topological Design Considering Elastoplasticitic Behavior for Structural Toughness2014

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Hiroya Hoshiba, Shinsuke Takase, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 学会等名
      Proc. of 1st C o m p u t a t i o n a l E n g i n e e r i n g a n d S c i e n c e f o r S a f e t y a n d E n v i r o n m e n t a l P r o b l e m (COMPSAFE2014)
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] Numerical Design for Rubber Materials toward High Performance in Energy Absorption2014

    • 著者名/発表者名
      Daishun Yachi, Junji Kato, Shinsuke Takase, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 学会等名
      Proc. of 1st C o m p u t a t i o n a l E n g i n e e r i n g a n d S c i e n c e f o r S a f e t y a n d E n v i r o n m e n t a l P r o b l e m (COMPSAFE2014)
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] Topological Design Considering Elastoplastic Behavior for Structural Toughness2014

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Hiroya Hoshiba, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 学会等名
      COMPSAFE2014
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] TOPOLOGY OPTIMIZATION OF COMPOSITE STRUCTURE CONSIDERING ELASTOPLASTIC DEFORMATION2014

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Hiroya Hoshiba, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 学会等名
      11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM11)
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] TOPOLOGY OPTIMIZATION OF MICROSTRUCTURE CONSIDERING HYPERELASTIC RESPONSE WITH DECOUPLING MULTI-SCALE ANALYSIS2014

    • 著者名/発表者名
      Daishun Yachi, Junji Kato, Shinsuke Takase, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 学会等名
      11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM11)
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Numerical Design for Rubber Materials toward High Performance in Energy Absorption2014

    • 著者名/発表者名
      Daishun Yachi, Junji Kato, Shinsuke Takase, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya, Shuji Moriguchi
    • 学会等名
      COMPSAFE2014
    • 発表場所
      Sendai, Japan
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Phase-field 法を用いた ミクロ構造のトポロジー最適化の検討2014

    • 著者名/発表者名
      加藤準治、加茂純宜、高瀬慎介、寺田賢二郎、京谷孝史、森口周二
    • 学会等名
      第19回計算工学講演会
    • 発表場所
      広島
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 弾塑性複合材料のトポロジー最適化および 解析的感度の精度検証2014

    • 著者名/発表者名
      干場大也、加藤準治、寺田賢二郎、京谷孝史
    • 学会等名
      第19回計算工学講演会
    • 発表場所
      広島
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 超弾性複合材のミクロ構造トポロジー最適化手法の検討2014

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜、加藤準治、高瀬慎介、寺田賢二郎、京谷孝史
    • 学会等名
      第19回計算工学講演会
    • 発表場所
      広島
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Topology Optimization of Microstructure for Material Design of Composites assuming hyperelasticity model2014

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Daishun Yachi, Shinsuke Takase, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 学会等名
      OPTI2014
    • 発表場所
      Kos Island, Greece
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 複合材料の分離型マルチスケール解析手法を適用した3次元ミクロ構造トポロジー最適化2013

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜,加藤準治,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 学会等名
      土木学会東北支部技術研究発表会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2013-03-09
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実施状況報告書
  • [学会発表] マルチスケールトポロジー最適化を用いた材料設計2013

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,谷地大舜,寺田賢二郎,高瀬慎介,京谷孝史
    • 学会等名
      日本機会学会第26回計算力学講演会(CMD2013)
    • 発表場所
      佐賀
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] 3次元マルチスケールトポロジー最適化2013

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜,加藤準治,寺田賢二郎,高瀬慎介,京谷孝史
    • 学会等名
      土木学会第68回年次学術講演会
    • 発表場所
      千葉
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] 複合材料のマルチスケールトポロジー最適化2013

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜,加藤準治,高瀬慎介,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 学会等名
      第18回日本計算工学会講演会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] 複合材料の分離型マルチスケール解析手法を適用した3次元ミクロ構造トポロジー最適化2013

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜,加藤準治,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 学会等名
      第62回理論応用力学講演会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書 2012 実施状況報告書
  • [学会発表] Three-dimensional topology optimization of microstructure for composites applying a decoupling multi-scale analysis2013

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Daishun Yachi, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 学会等名
      WCSMO2013
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 材料非線形性を考慮した複合材料のトポロジー最適化2013

    • 著者名/発表者名
      石井慶一郎、加藤準治、高瀬慎介、寺田賢二郎、京谷孝史
    • 学会等名
      第18回計算工学講演会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] マルチスケールトポロジー最適化を用いた材料設計2013

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜、加藤準治、高瀬慎介、寺田賢二郎、京谷孝史
    • 学会等名
      日本機械学会第26回計算力学講演会(CMD2013)
    • 発表場所
      佐賀
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 複合材料のマルチスケールトポロジー最適化2013

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜、加藤準治、高瀬慎介、寺田賢二郎、京谷孝史
    • 学会等名
      第18回計算工学講演会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 3 次元マルチスケールトポロジー最適化2013

    • 著者名/発表者名
      谷地大舜、加藤準治、寺田賢二郎、高瀬慎介、京谷孝史
    • 学会等名
      平成25年度全国大会 第68回年次学術講演会
    • 発表場所
      千葉
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Topology optimization of microstructures for inelastic composite materials applying decoupling multi-scale analysis2012

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 学会等名
      the 6th European congress on computational methods in applied sciences and engineering (ECCOMAS 2012)
    • 発表場所
      Wien, Austria(keynote lecture)
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] 分離型マルチスケール解析法によるミクロ構造トポロジー最適化の提案2012

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 学会等名
      第17回日本計算工学会講演会,第17回日本計算工学会講演会
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] 分離型マルチスケール解析法によるミクロ構造トポロジー最適化の提案2012

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 学会等名
      第17回日本計算工学会講演会
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] Topology optimization of microstructures for inelastic composite materials applying decoupling multi-scale analysis2012

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Kenjiro Terada, Takashi Kyoya
    • 学会等名
      the 6th European congress on computational methods in applied sciences and engineering (ECCOMAS 2012)
    • 発表場所
      ウィーン,オーストリア
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 損傷モデルを考慮した繊維複合材料のエネルギー吸収性能最大化2011

    • 著者名/発表者名
      加藤準治,寺田賢二郎,京谷孝史
    • 学会等名
      第16回日本計算工学会講演会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] Material Layout Optimization for Fiber Reinforced Composites considering Material Nonlinearity2011

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Ekkehard Ramm
    • 学会等名
      Proc. of 9th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization WCSMO09
    • 発表場所
      Shizuoka, Japan
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] 損傷モデルを考慮した繊維複合材料のエネルギー吸収性能最大化2011

    • 著者名/発表者名
      加藤 準治,寺田 賢二郎,京谷 孝史
    • 学会等名
      計算工学会論文集
    • 発表場所
      東京大学
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] Material Layout Optimization for Fiber Reinforced2011

    • 著者名/発表者名
      Junji Kato, Ekkehard Ramm
    • 学会等名
      WCSMO09
    • 発表場所
      Sizuoka (Granship Shizuoka)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書

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公開日: 2011-08-05   更新日: 2019-07-29  

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