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2020 年度 実施状況報告書

大域的なトポロジー最適設計手法の提案と垂直軸型風車形態の俯瞰的考察

研究課題

研究課題/領域番号 19K04138
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

山崎 渉  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50598696)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード応答曲面法 / 次元削減技術 / 高次元設計空間 / 数値流体力学 / ダリウス型風車 / 翼端板
研究実績の概要

本研究では、高度な大域的最適設計技術の開発と共に、その垂直軸型小型風車の形態設計への応用を目指している。最適設計技術としては、応答曲面法に基づく大域的な最適設計手法を整備・拡張すると共に、固有直交分解等の技術を活用した、設計空間の低次元化手法について検討を進めた。設計空間の低次元化により、最適設計に関わる計算コストを低減する事が可能であり、その低次元化の状態から重要な設計知見を抽出する事も可能となった。また、DBSCANクラスタリングやサポートベクターマシンといった機械学習技術を活用した、高次元設計空間に対する効率的な最適設計手法についても検討を行い、その妥当性検証や、設計コストの更なる削減への検討を進めた。提案手法により80設計変数次元の最適化問題についても効率的に解くことができ、かつ既存手法であるBayesian手法を用いる場合に比べてモデル構築に関わるコストを大幅に低減できる事が確認された。本手法は70個の設計変数により定義された空力トポロジー最適設計問題にも適用しており、その有効性を確認する事ができた。
垂直軸型風車に関する検討事例としては、ダリウス型風車周りの三次元数値流体解析を用いて、複数のブレード翼を端部で結合する翼端板の形態に関する調査及び最適設計を行い、その有効性については実験性能評価を含めて検討を行った。また、二次元数値流体解析を用いてブレード翼枚数及びソリデティーの変化を許容した最適設計を実施できるような最適設計システムを構築・整備した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

最適設計技術の開発については、設計空間の低次元化手法の検討や高次元設計空間における有効性検証も完了しており、当初の想定通りに進展している。垂直軸型風車における具体的な検討においても、翼端板形態やブレード翼枚数の変化を考慮した検討を進めており、計画通りに研究は進展している。

今後の研究の推進方策

垂直軸型風車の最適設計問題を複数の設計条件下で検討し、設計条件と最適形態との関係を明らかにして、その流体物理メカニズムの考察及び設計知見の抽出を行う予定である。また、得られた最適形態についてはその実験性能評価も行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウィルスの影響もあり、旅費の支出がなかったことがその主要因である。
今後の使用計画としては、実験装置系の拡充や、今後の成果発表費用、また研究補助者謝金等に充当する予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Efficient global optimization method via clustering/classification methods and exploration strategy2021

    • 著者名/発表者名
      Ban Naohiko、Yamazaki Wataru
    • 雑誌名

      Optimization and Engineering

      巻: 22 ページ: 521~553

    • DOI

      10.1007/s11081-020-09529-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Uncertainty Quantification and Robust Design Optimization of Supersonic Biplane Airfoils2020

    • 著者名/発表者名
      Tabata Soichiro、Hanazaki Kyohei、Yamazaki Wataru
    • 雑誌名

      Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences

      巻: 63 ページ: 233~242

    • DOI

      10.2322/tjsass.63.233

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 小型垂直軸型風車に対するブレード翼枚数の変化を考慮した翼形状最適設計2021

    • 著者名/発表者名
      今井伸哉、山崎渉
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部 第58期総会・講演会
  • [学会発表] Split Tip Wingletの多分野統合最適設計と次元削減手法による設計知見の抽出2021

    • 著者名/発表者名
      田畑宗一郎、山崎渉、湯原達規
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部 第58期総会・講演会
  • [学会発表] 機械学習技術を用いたトポロジー最適設計手法の検討2021

    • 著者名/発表者名
      高松良輔、山崎渉
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部 第58期総会・講演会
  • [学会発表] Extraction of Design Knowledge from a Robust Design Optimization of Supersonic Biplane Airfoil2020

    • 著者名/発表者名
      Soichiro Tabata, Wataru Yamazaki
    • 学会等名
      Seventeenth International Conference on Flow Dynamics
    • 国際学会
  • [学会発表] サロゲートモデルを用いた高次元設計空間における最適設計2020

    • 著者名/発表者名
      山崎渉、Nomin BUYANBAATAR、伴直彦
    • 学会等名
      CMD2020計力スクウェア
  • [学会発表] 小型垂直軸型風車における翼端板の形状最適化2020

    • 著者名/発表者名
      今井伸哉、小林俊輝、山崎渉
    • 学会等名
      CMD2020計力スクウェア

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公開日: 2021-12-27  

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