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一般に構造物の形態設計は形状パラメータを設計変数とし、地震や風などの外部環境に対する抵抗能力を確保することなど、種々の制約条件と明確な目的関数を定めた「最適化問題」に帰着する。本研究では、地震時の応答性状や構造物の耐震性指標を目的関数あるいは制約条件とし、汎用性に優れた“均質化法"による形態最適化過程を通じて、耐震性能的に最適な構造形態を探究・創成することを目的とする。
平成6年度の研究は、均質化法による構造形態最適化手法において、最も重要な構成要素である「構造解析過程」および「最適化過程」の開発改良・検討評価と位置付けられる。有限要素法による構造解析過程では、静的応力解析、固有振動解析および動的応答解析に関する定式化・プログラム開発を実施し、要素分解・解析精度等の検討を終了した。また、構造形態の最適化過程に関しては、平均コンプライアンスを目的関数とする最適性規準法を選定・適用し、その最適化アルゴリズムと収束性の検討等を進めた。
得られた主要な研究成果を以下に要約する。
1.構造形態の最適化手法としては「最適性規準法」が適用可能であり、またその収束性も比較的安定していることが判明した。
2.構造材料のレイアウト最適化結果を、“正規化した密度分布図"として表現することで、より客観的な最適構造形態の抽出方法が得られた。
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