極限軽量構造創生のための分布系構造最適化問題の数値解法の開発

• 研究課題/領域番号: 26420091
• 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: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
• 研究機関: 豊田工業大学
• 研究代表者: 下田 昌利 豊田工業大学, 工学研究科, 教授 (00350570)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 骨組構造 / 軽量構造 / 形状最適設計 / 寸法最適化 / フリーフォルム / 構造最適化 / 勾配法 / 数値解析 / 変分法 / 関数空間の勾配法

研究成果の概要

最適で軽量な大規模３次元骨組構造体の自由形状設計を目的とする新たな形状最適化手法を開発した．本手法により，形状のパラメータ化を行わずに自然なフォルムを生成することができる．剛性，振動，ロバスト，座屈，及び強度設計問題を変分法に基づき，分布系の最適化問題として定式化した．各設計問題に対する勾配関数と最適性条件を物質導関数法と随伴変数法を用いながら理論的に導出し，これを擬似分布力して各部材に与えることにより，形状の滑らかさを保ちながら，かつ目的汎関数を減少させる自然で最適なフォルムが決定される．本手法の有効性と実用性は数値計算例によって確認した．また，軸力伝達構造が生成されることも確認された．

研究成果

• [雑誌論文] Tailoring static deformation of frame structures based on a non-parametric shape-size optimization method (2017)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Shimoda , Koki Kameyama, Jin-Xing Shi
  • 雑誌名: International Journal of Solids and Structures 巻: 112 ページ: 143-154
  • DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2017.02.011
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Free-form optimization of a frame structure for strength maximization (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhiqiang Wu, Masatoshi Shimoda, Kei Hisatomi and Jin-Xing Shi
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Journal 巻: 4 号: 2 ページ: 17-00014-17-00014
  • DOI: 10.1299/mej.17-00014
  • NAID: 130006943675
  • ISSN: 2187-9745
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Non-parametricfree-formoptimaldesignofframestructuresin naturalfrequencyproblem (2016)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Shimoda, Tomohiro Nagano, Takashi Morimoto, Yang Liu, Jin-Xing Shi
  • 雑誌名: InternationalJournalofMechanicalSciences 巻: 117 ページ: 334-345
  • DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2016.08.024
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 弾性座屈荷重最大化を目的とする骨組構造体のフリーフォルム最適化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 下田 昌利，善本 諒
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 82 号: 841 ページ: 16-00229-16-00229
  • DOI: 10.1299/transjsme.16-00229
  • NAID: 130005267135
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 所望変形を実現する骨組構造のノンパラメトリック形状同定手法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 下田昌利，亀山晃希
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 81 号: 827 ページ: 15-00160-15-00160
  • DOI: 10.1299/transjsme.15-00160
  • NAID: 130005089693
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Robust shape optimization of a frame structure with unknown loadings (2015)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Shimoda, Tomohiro Nagano
  • 雑誌名: Proceedings of the Fifteenth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing 巻: 1 ページ: 1-14
  • NAID: 110009940196
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 強度設計問題に対する骨組構造体の形状最適設計法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 下田 昌利，久富 圭，史 金星
  • 学会等名: 日本機械学会〔№16-4〕第29回計算力学講演会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-09-22
• [学会発表] 骨組－シェル複合構造体の弾性座屈に対する最適形状設計 (2016)
  • 著者名/発表者名: 下田 昌利，善本 諒
  • 学会等名: 日本機械学会2016 年度年次大会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2016-09-11
• [学会発表] Parameter-free Shape-size Optimization for Deformation Tailoring of a Frame Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Shimoda , Koki Kameyama, Jin-Xing Shi
  • 学会等名: 40th Solid Mechanics Conference
  • 発表場所: Warsaw University (Warsaw, Porland)
  • 年月日: 2016-08-29
  • 国際学会
• [学会発表] Robust Structural Design for Unknown Loadings with Free-form Optimization Method (2016)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Shimoda, Tomohiro Ngano
  • 学会等名: VII European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering
  • 発表場所: Creta Maris Conference Center （Crete, Greece）
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会
• [学会発表] ROBUST STRUCTURAL DESIGN FOR UNKNOWN LOADINGS WITH FREE-FORM OPTIMIZATION METHOD (2016)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Shimoda, Tomohiro Nagaano
  • 学会等名: VII European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS Congress 2016)
  • 発表場所: Crete （Ｇｒｅｅｃｅ）
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会
• [学会発表] 骨組構造体の形状-寸法同時最適化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 亀山晃希，下田昌利
  • 学会等名: 日本機械学会第28回計算力学講演会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県，横浜市）
  • 年月日: 2015-10-10
• [学会発表] 弾性座屈に対する骨組構造体の形状最適化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 善本諒，下田昌利
  • 学会等名: 日本機械学会２０１５年度年次大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道，札幌市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Robust shape optimization of a frame structure with unknown loadings (2015)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Shimoda, Tomohiro Nagano
  • 学会等名: The Fifteenth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2015-09-01 – 2015-09-04
• [学会発表] 不確定荷重に対する骨組構造のロバスト形状最適化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永野智大，下田昌利
  • 学会等名: 日本機械学会第２７会計算力学講演会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] 所望の変形を実現する骨組構造の形状同定手法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 亀山晃希，下田昌利
  • 学会等名: 日本機械学会第２４会設計工学・システム部門講演会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Shape identification for controlling the static deformation of frame structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Koki Kameyama, Masatoshi Shimoda, Takashi Morimoto
  • 学会等名: ASME 2014 International Design Engineering TEchnical Conference & Computers and Information in Engineering Conference
  • 発表場所: Buffalo, New York, USA
  • 年月日: 2014-08-17 – 2014-08-20
• [備考] 固体力学研究室情報
  • URL: http://ttiweb.toyota-ti.ac.jp/public/labo.php