柔軟性を利用した新スマート発電システムの最適構造創成設計法の開発

• 研究課題/領域番号: 24760119
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山田 崇恭 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30598222)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 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: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: トポロジー最適化 / 最適設計 / 計算力学 / 随伴変数法 / レベルセット法 / 感度解析 / マルチフィジクス解析 / 設計工学 / 粒子法 / 格子ボルツマン法 / 構造最適化 / LBM / 反応拡散方程式

研究概要

本研究では，流体デバイスの効率の最大化を目的として，独自に開発したトポロジー最適化法に基づき，マルチフィジクス流体デバイスの最適構造創成設計法の開発を行った．流体場の解析手法として，格子ボルツマン法を用いることで，大規模問題や複雑な流れ場への拡張を可能とした．さらには，ボルツマン方程式に基づいて設計感度を導出する方法を，随伴変数法を用いて構築した．また，構造の非線形解析手法として粒子法を採用し，幾何学的非線形を考慮したトポロジー最適化法を開発した．これらの提案手法をいくつかの流体問題とマルチフィジクス問題に展開し，数値解析例により提案手法の妥当性を示した．

研究成果

• [雑誌論文] 格子運動論スキームを用いたレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 雑誌名: 計算数理工学論文集 巻: Vol.13, No.18-131129 ページ: 85-90
  • NAID: 120007101316
  • URL: http://gspsun1.gee.kyoto-u.ac.jp/JASCOME/denshi-journal/13/JA1318.pdf
  • 査読あり
• [雑誌論文] 格子ボルツマン法を用いたレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集Ｃ編 巻: 79 号: 802 ページ: 2152-2163
  • DOI: 10.1299/kikaic.79.2152
  • NAID: 130003375093
  • ISSN: 0387-5024, 1884-8354
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Topology Optimization Method for Geometrically Nonlinear Problems Incorporating Level Set Boundary Expressions and a Particle Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamada, T. Manabe, M. Izui, K. Nishiwaki, S.
  • 雑誌名: Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing 巻: 7 号: 4 ページ: 630-643
  • DOI: 10.1299/jamdsm.7.630
  • NAID: 130003368577
  • ISSN: 1881-3054
  • 査読あり
• [雑誌論文] 格子運動論スキームを用いたレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎，山田崇恭，吉野正人，松本敏郎，泉井一浩，西脇眞二
  • 雑誌名: 計算数理工学論文集 巻: 13
  • NAID: 120007101316
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oseen流れにおけるレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二
  • 雑誌名: 計算数理工学論文集 巻: 12 ページ: 7-12
  • NAID: 40019557356
  • 査読あり
• [学会発表] Level set-based topology optimization method for flow channel problem using lattice Boltzmann method (2013)
  • 著者名/発表者名: Yaji, K., Yamada, T., Yoshino, M., Matsumoto, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: 5th Asia Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM2013)
  • 発表場所: Singapore, Singapore, (No.1517)
• [学会発表] 格子運動論スキームを用いたレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 計算数理工学シンポジウム2013,日本計算数理工学会
  • 発表場所: 北海道,日本,(No.13-11129)
• [学会発表] Bounce-back境界条件を用いた格子ボルツマン法による流れ場のトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 守田拓朗,松本敏郎,山田崇恭,吉野正人,高橋徹,飯盛浩司
  • 学会等名: 第26回計算力学講演会,日本機械学会
  • 発表場所: 佐賀市,日本,(No. 2206)
• [学会発表] Lattice Kineticスキームを用いた最適流路設計におけるレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 第26回計算力学講演会,日本機械学会
  • 発表場所: 佐賀市,日本,(No. 2204)
• [学会発表] 最小二乗近似に基づく粒子法を用いたトポロジー最適化に関する考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川晃祥,山田崇恭,泉井一浩,西脇眞二,柴田和也
  • 学会等名: 第26回計算力学講演会,日本機械学会
  • 発表場所: 佐賀市,日本,(No. 1902)
• [学会発表] 最適流路設計を目的としたレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会第23回設計工学・システム部門講演会,日本機械学会
  • 発表場所: 読谷村,日本,(No.1114)
• [学会発表] 流量制約を考慮した非圧縮粘性流れのレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 久保世志,矢地謙太郎,山田崇恭,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会第23回設計工学・システム部門講演会,日本機械学会
  • 発表場所: 読谷村,日本,(No.1113)
• [学会発表] 格子ボルツマン法を用いた流路設計問題におけるレベルセット法に基づくトポロジー最適化手法の適用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会年次大会,日本機械学会
  • 発表場所: 岡山,日本,(J121024)
• [学会発表] 流路設計問題を対象とする格子ボルツマン法を用いたレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 第18回計算工学講演会,日本計算工学会
  • 発表場所: 東京,日本,(No.E-4-3)
• [学会発表] Level set-based topology optimization method for viscous flow using Lattice Boltzmann Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Yaji, K., Yamada, T., Yoshino, M., Matsumoto, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO10)
  • 発表場所: Florida, USA, (No.5171)
• [学会発表] Level set based topology optimization of switching fluidic device for incompressible viscous flow (2013)
  • 著者名/発表者名: Kubo, S., Yaji, K., Yamada, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: 10th World Congress on Structural Multidisciplinary Optimization (WCSMO10)
  • 発表場所: Orland FL, USA, (No.5328)
• [学会発表] 流体を対象としたトポロジー最適化問題におけるボルツマン方程式に基づく感度解析手法の考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 日本応用数理学会2013年研究部会連合発表会,日本応用数理学会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Bounce-back境界条件を用いた格子ボルツマン法による流れ場のトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 守田拓朗，松本敏郎，山田崇恭，吉野正人，高橋徹，飯盛浩司
  • 学会等名: 日本機械学会第26回計算力学講演会
  • 発表場所: 佐賀大学
• [学会発表] Lattice Kinetic スキームを用いた最適流路設計におけるレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎，山田崇恭，吉野正人，松本敏郎，泉井一浩，西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会第26回計算力学講演会
  • 発表場所: 佐賀大学
• [学会発表] 最小二乗近似に基づく粒子法を用いたトポロジー最適化に関する考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川晃祥，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二，柴田和也
  • 学会等名: 日本機械学会第26回計算力学講演会
  • 発表場所: 佐賀大学
• [学会発表] 最適流路設計を目的としたレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎，山田崇恭，吉野正人，松本敏郎，泉井一浩，西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会第23回設計工学・システム部門講演会
  • 発表場所: 沖縄県読谷村
• [学会発表] 流量制約を考慮した非圧縮粘性流れのレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 久保世志，矢地謙太郎，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会第23回設計工学・システム部門講演会
  • 発表場所: 沖縄県読谷村
• [学会発表] Level set-based topology optimization method for viscous flow using Lattice Boltzmann Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Yaji, K., Yamada, T., Yoshino, M., Matsumoto, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: The 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO10)
  • 発表場所: Florida, USA
• [学会発表] Level set based topology optimization of switching fluidic device for incompressible viscous flow (2013)
  • 著者名/発表者名: Kubo, S., Yaji, K., Yamada, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: The 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO10)
  • 発表場所: Florida, USA
• [学会発表] Level set-based topology optimization method for flow channel problem using lattice Boltzmann method (2013)
  • 著者名/発表者名: Yaji, K., Yamada, T., Yoshino, M., Matsumoto, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: 5th Asia Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM2013)
  • 発表場所: Singapore
• [学会発表] Flow rate constrained topology optimization of manifold with level set-based boundary representation (2013)
  • 著者名/発表者名: Kubo, S., Yaji, K., Yamada, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: 5th Asia Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM2013)
  • 発表場所: Singapore
• [学会発表] 流体を対象としたトポロジー最適化問題におけるボルツマン方程式に基づく感度解析手法の考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎，山田崇恭，吉野正人，松本敏郎，泉井一浩，西脇眞二
  • 学会等名: 日本応用数理学会2013年研究部会連合発表会
  • 発表場所: 東洋大学（東京都）
• [学会発表] A Topology Optimization Method Under Oseen Flow Based on the Level Set Method (2012)
  • 著者名/発表者名: Yaji, K., Yamada, T., Kubo, S., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: ICOME/JASCOME Symposium
  • 発表場所: Kyoto, Japan, (No.J02)
• [学会発表] 非圧縮性流体を対象としたレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会第10回最適化シンポジウム,日本機械学会
  • 発表場所: 神戸市,日本,(No.1201)
• [学会発表] 格子ボルツマン法を用いたレベルセット法に基づく構造最適化における一考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会第25回計算力学講演会,日本機械学会
  • 発表場所: 神戸市,日本,(142-143)
• [学会発表] 格子ボルツマン法を用いた構造最適化における一考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎,山田崇恭,吉野正人,松本敏郎,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会第22回設計工学・システム部門講演会,日本機械学会
  • 発表場所: 東広島市,日本,(480-487)
• [学会発表] Topology Optimization Method Using Level Set Boundary Expressions in Navier Stokes Flow (2012)
  • 著者名/発表者名: Yaji, K., Yamada, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: 14th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference (2012MAO)
  • 発表場所: Indianapolis, Indiana, USA, (AIAA2012-5526)
• [学会発表] ポテンシャル問題におけるトポロジー導関数に関する考察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山田崇恭,泉井一浩,西脇眞二
  • 学会等名: 2012年度日本応用数理学会年会,日本応用数理学会
  • 発表場所: 稚内市,日本,(117-118)
• [学会発表] 非圧縮性流体を対象としたレベルセット法に基づくトポロジー最適化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 矢地謙太郎，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二
  • 学会等名: 日本機械学会第10回最適化シンポジウム
  • 発表場所: 神戸市産業振興センター（兵庫県）