ゴム材料の力学的誘電率変化を利用した高機能電磁場デバイスのトポロジー最適化

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23656069
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 工学基礎
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 西脇 眞二 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10346041)
• 研究分担者: 泉井 一浩 京都大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (90314228) ; 山田 崇恭 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教 (30598222)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: 構造最適化 / トポロジー最適化 / 電磁波デバイス / エラストマー / 有限要素法 / 粒子法

研究概要

本研究では，高誘電性エラストマーの誘電率の変化を利用した高機能な電磁波デバイスの構造創成設計の開発を目的に，力学的な変形による電磁波特性の変化を考慮可能な新しいトポロジー最適化の方法論の構築を行った．すなわち，まずエラストマーの力学的な変形を評価可能とするため，粒子法に基づき幾何学的非線形性を考慮可能なレベルセット法によるトポロジー最適化の方法を構築した．他方，エラストマーの電磁波特性の解析方法については，有限要素法により開発し，そして，大変形を評価可能なトポロジー最適化の方法を，構造問題と電磁波伝搬問題における連成関係を考慮可能なように拡張を試みた．

研究成果

• [雑誌論文] 粒子法を用いたレベルセット法による形状表現に基づくトポロジー最適化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 真鍋匡利, 山田崇恭, 泉井一浩, 西脇眞二
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(A編) 巻: 77巻784号 ページ: 2054-2066
  • DOI: 10.1299/kikaia.77.2054
  • 査読あり
• [学会発表] 最小二乗近似に基づく粒子法を用いたトポロジー最適化に関する考察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北川晃祥, 山田崇恭, 泉井一浩, 西脇眞二, 柴田和也
  • 学会等名: 第26回計算力学講演会, 日本機械学会
  • 発表場所: 佐賀市, 日本
  • 年月日: 20131102-04
• [学会発表] レベルセット法に基づくレンズ設計問題のトポロジー最適化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤土侑也, 山田崇恭, 泉井一浩, 西脇眞二, 大門真, 野村壮史, 乙守正樹
  • 学会等名: 第26回計算力学講演会, 日本機械学会
  • 発表場所: 佐賀市, 日本
  • 年月日: 20131102-04
• [学会発表] Design of a far-infrared lens based on topology optimization (2013)
  • 著者名/発表者名: Akatsuchi Y., Yamada, T., Izui, K., Nishiwaki, S., Ohkado, M., and Nomura, T
  • 学会等名: Proceedings of the 10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO10)
  • 発表場所: Orlando, Florida, USA
  • 年月日: 20130519-24
• [学会発表] Structural Optimization of Geometrically Nonlinear Problems Using Level Set-Based Topology Optimization and a Particle Method (2011)
  • 著者名/発表者名: Nishiwaki, S., Manabe, M, Yamada, T., and Izui, K
  • 学会等名: 11th US National Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Minneapolis, Minnesota, USA
  • 年月日: 20110725-28
• [学会発表] Level Set-Based Topology Optimization of Compliant Mechanisms Considering Large Displacement Effects (2011)
  • 著者名/発表者名: Kotani, T., Yamada, T., Manabe, M., Izui, K., and Nishiwaki, S
  • 学会等名: 11th US National Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Minneapolis, Minnesota, USA
  • 年月日: 20110725-28
• [学会発表] Geometrically Nonlinear Structural Design Using Level Set-based Topology Optimization and Particle Method (2011)
  • 著者名/発表者名: Manabe, M., Yamada, T., Izui, K., and Nishiwaki, S
  • 学会等名: 9th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization
  • 発表場所: Shizuoka, Japan
  • 年月日: 20110613-17
• [学会発表] Level Set-based Topology Optimization of Large Displacement Compliant Mechanisms (2011)
  • 著者名/発表者名: Kotani, T., Yamada, T., Manabe, M., Izui, K., and Nishiwaki, S
  • 学会等名: 9th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization
  • 発表場所: Shizuoka, Japan
  • 年月日: 20110613-17
• [図書] トポロジー最適化, 計算力学レクチャーコース (2013)
  • 著者名/発表者名: 西脇眞二, 泉井一浩, 菊池昇
  • 総ページ数: 181
  • 出版者: 丸善出版