非均質構造材料の設計・評価・モデリングへのニューラルネットワークの応用

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05302029
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 矢川 元基 東京大学, 工学部, 教授 (40011100)
• 研究分担者: 奥田 洋司 東京大学, 工学部, 助教授 (90224154) ; 吉村 忍 人工物工学研究センター, 助教授 (90201053) ; 菊池 正紀 東京理科大学, 理工学部, 教授 (90107540) ; 福田 収一 東京都立科学技術大学, 工学部, 教授 (90107095) ; 本間 寛臣 豊橋技術科学大学, エネルギー工学系, 教授 (70016583)
• キーワード: 階層型ニューラルネットワーク / 計算力学 / 破壊力学 / 傾斜機能材料 / 複合材料 / 溶接材料 / モデル簡略化 / 逆問題

研究概要

非均質構造材料には、多様な要求に応えるために複数の素材を積層化、分散化、傾斜機能化によって組み合わせたいわゆる複合材と、均質構造材料を接着・接合・溶接した構造が含まれる。均質材と比較すると、これらに共通する特徴として、構成素材の物性値の差、混合比率、混合法が材料のマクロ性能(剛性、破壊強度、継ぎ手効率、振動特性、熱、電気特性など)を決定する制御パラメータとして加わることが挙げられる。このために、その設計、評価、モデリングのあらゆる作業が格段に難しくなる。
本研究では、悪構造(ill-posed)の逆問題解析や最適化問題解析において特に大きな能力を発揮するニューラルネットワークと高精度の定量的な解析能力を有する計算力学シミュレーションを組み合わせた、非均質構造材料に対する高精度かつ高効率の設計・評価・モデリング手法について総合的に研究を行う。
本年度は、非均質構造材料の評価法とニューラルネットワーク手法の融合をさらに進めた。従来定式化の困難であった傾斜機能材料の非線形構成方程式をニューラルネットワークによりモデル化し、それを組み込んだ傾斜機能材の有限要素法解析コードを開発し、傾斜機能材の熱衝撃問題の解析を行なった。非破壊検査法については、3次元欠陥を電位差法で評価する問題を対象に、3次元き裂部材の自動有限要素法解析と並列処理技術を用いて学習データ作成プロセスの大幅な効率化を達成した。その結果、隣接する3次元複数欠陥のサイズおよび位置を良好な精度で同定できるようになった。また、ニューラルネットワーク手法の基礎研究として、逆問題へ適用する際に、学習データの構造を変換し、適切化を図る手法を新たに開発した。これをモデル簡略化問題と同じ数学構造を有する構造同定問題へ適用し、その適切化プロセスの理論について詳細に検討した。

研究成果

• [文献書誌] 吉村,松田,矢川: "ニューラルネットワークに基づく逆問題解析法のための学習データ適切化法" 日本機械学会論文集C編. 60. 4260-4266 (1994)
• [文献書誌] A.Oish,K.Yamada,S.Yoshimura,G.Yagawa: "Quantitative Nordestructive Examination with Ultrasonic Method Using Neural Networks and Computational Methanics" Computational Mechanics. (印刷中). (1995)
• [文献書誌] 井上,赤星,原田: "分子動力学法援用による破壊記述パラメータ" 日本機械学会論文集A編. 60. 2236-2241 (1994)
• [文献書誌] M.Nakagaki,R.Kuranari,Y.Shibata,S.Hagihara: "Elastoplastic Crack Analysis of Thermally Shocked Functionally Graded Material with Neural Network Application" 1995 ASME/JSME Pressure Vessels &Piping Conf.(発表予定). (1995)
• [文献書誌] S.Yoshimura,Y.Saito,G.Yagawa: "An Automated Inverse Analysis System Using Neural Networks and Computational Mechanics with Its Application to Identification of 3-D Crack Shane Hidden in Solid" 13th Int.Conf.Structural Mechanics in Reactor Technology. (発表予定). (1995)
• [文献書誌] 福田・山崎: "ヒューマンフレンドリーな曲線生成法の開発" 日本機械学会論文集C編. 60. 3657-3661 (1994)