2016 Fiscal Year Annual Research Report
インフラ強靭化のためのマルチフィジックス・マルチスケール構造材料最適化法の構築
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16J02523
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
干場 大也 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | マルチフィジックス解析 / マルチスケール解析 / トポロジー最適化 / 大変形 / 弾塑性変形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はインフラ構造物の強靭化・長寿命化に向けて，基盤材料の性能を改善するための次世代型材料設計法の構築を目的とする．この目的のため，現実的で厳しい条件に適用しうるマルチフィジックス・マルチスケール解析をもってトポロジー最適化手法を拡張する．第一に，マルチスケール手法および最適化手法に適合するようなマルチフィジックス解析手法を選択し，整理する必要がある．本研究で標榜するマルチフィジックス解析としては，以下の点を同時に考慮することを目標としている．
1. 大変形（有限ひずみ）
2. 弾塑性変形に伴う移動硬化現象
3. 弾塑性変形に伴う熱散逸および固有散逸
4. 動的問題
現在，1と2の複合解析モデルおよび適合するトポロジー最適化理論の構築を完了し，その検証を行う段階にある．このマルチフィジックストポロジー最適化は当該研究分野において過去に例のないものであり，また，自身の既往研究を拡張して得られた定式化であるため，極めて新規性の高い試みである．この進展より，同じ枠組みを用いて3，4へさらに拡張できることが見込まれている．なお，マルチスケール解析への適用についてはいくつか懸念される問題が挙げられるが，所属研究室においてこれらの問題を解決するための研究が別途進行中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では，新たにトポロジー最適化理論を構築する下準備として，マルチフィジックス解析モデルの選定・構築を完了する予定であった．すなわち，上記に示した研究実績の概要において，(3)および(4)に挙げた熱・エントロピーの影響および動的問題についての検討を終えることができなかった．また，マルチスケール解析との兼ね合いについては，設計変数の設定および感度解析手法，ミクロ‐マクロ構成則の同定方法，計算コストについてそれぞれ懸念があり，今後検証を行う必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在まで構築した理論に加えて，弾塑性変形に伴う熱散逸および固有散逸，動的問題を考慮し，新たにトポロジー最適化手法を構築する．その成果は，具体的なアルゴリズムの記述と実際の数値計算例をもって対外的に発表する．その後，その手法をマルチスケール解析について拡張するため，細かなコンピューターに実装する上での障害を踏まえながら，具体的な理論・手法について検討する．
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