格子ボルツマン法に基づく熱流体デバイスのハイブリッドトポロジー最適化

• 研究課題/領域番号: 26820032
• 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): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: トポロジー最適化 / 最適設計 / 格子ボルツマン法 / ボルツマン方程式 / 感度解析 / 随伴変数法 / 計算力学 / レベルセット法 / 構造最適化 / 設計工学

研究成果の概要

本研究では，高性能あるいは，新しい機能を持つ革新的な熱流体デバイスの構造創成設計法の開発を目的として，格子ボルツマン法を用いて熱流体場を数値解析し，トポロジー最適化により形状創成を行う数値解析システムを開発した．具体的には，連続系のボルツマン方程式に基づく設計感度解析法を構築し，レベルセット法により形状表現された熱流体場のトポロジー最適化法を開発した．さらに，熱流体場および随伴場は格子ボルツマン法により数値解析し，レベルセット関数は有限要素法を用いた具体的な最適化アルゴリズムを構築した．

研究成果

• [雑誌論文] Topology optimization in thermal-fluid flow using the lattice Boltzmann method (2016)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Yaji, Takayuki Yamada, Masato Yoshino, Toshiro Matsumoto, Kazuhiro Izui, Shinji Nishiwaki
  • 雑誌名: Journal of Computational Physics 巻: 307 ページ: 355-377
  • DOI: 10.1016/j.jcp.2015.12.008
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 等密度の二相系格子ボルツマン法を用いたトポロジー最適化 (2015)
  • 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: 15 ページ: 49-54
  • NAID: 120007101314
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 流体問題を対象としたトポロジー最適化における離散ボルツマン方程式に基づく感度解析手法 (2014)
  • 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: 14 ページ: 67-72
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 等密度の二相系格子ボルツマン法を用いたトポロジー最適化 (2015)
  • 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2015
  • 発表場所: 伊勢市
  • 年月日: 2015-12-04
• [学会発表] 二相系格子ボルツマン法を用いた流路デバイスのトポロジー最適化 (2015)
  • 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2015年度年次大会
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] Level set-based topology optimization using the lattice Boltzmann method considering two-phase fluid flows (2015)
  • 著者名/発表者名: Yaji, K., Yamada, T., Yoshino, M., Matsumoto, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimisation (WCSMO-11)
  • 発表場所: シドニー，オーストラリア
  • 年月日: 2015-06-07
  • 国際学会
• [学会発表] Level set-based topology optimization for a coupled thermal-fluid problem using the lattice Boltzmann method (2014)
  • 著者名/発表者名: Yaji, K., Yamada, T., Yoshino, M., Matsumoto, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: 11th World Congress on Computational Mechanics (WCCM11)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] トポロジー最適化の基礎と格子ボルツマン法への展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山田崇恭
  • 学会等名: 第21回LBM研究会「格子ボルツマン法の基礎と応用に関する研究分科会」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] Topology optimization incorporating level set boundary expressions for incompressible viscous fluid using the lattice Boltzmann method (2014)
  • 著者名/発表者名: Yaji, K., Yamada, T., Yoshino, M., Matsumoto, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
  • 学会等名: International Conference on Engineering and Applied Sciences Optimization (OPT-i)
  • 発表場所: Kos Island, Greece
  • 年月日: 2014-06-04 – 2014-06-06