2016 Fiscal Year Research-status Report
メタサーフェスを用いた新機能音響デバイスの最適設計法の開発
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16K05039
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山田 崇恭 京都大学, 工学研究科, 助教 (30598222)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 敏郎 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10209645)
西脇 眞二 京都大学, 工学研究科, 教授 (10346041)
飯盛 浩司 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50638773)
石井 智 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (80704725)
泉井 一浩 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90314228)
藤井 雅留太 信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (90569344)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | トポロジー最適化 / 最適設計 / 均質化法 / レベルセット法 / 音響メタサーフェス / トポロジー導関数 / 局所共振 / 感度解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高性能あるいは新しい機能を持つ革新的な音響デバイスの最適構造創成設計法の構築をもくてきとうして，潜在的機能を持ったスマート平面構造，いわゆる音響メタサーフェスのトポロジー最適化法の構築を目的としている．最初に，音響領域と弾性領域を同時に取り扱い可能な２相材料モデルを構築し，そのトポロジー導関数の導出を行った．数値解析により，音響構造連成効果を考慮した場合と２相材料モデルを用いた場合の結果が十分な精度で一致することを確認した．次に，数値差分に基づく近似数値感度とトポロジー導関数が高い精度で一致することを確認した．これらの基盤技術により音響メタサーフェスのトポロジー最適化に必要となる基本要素の開発が完了した．さらには，2次元の音響メタサーフェスのトポロジー最適化を試行的に試み，広帯域で性能を発揮可能な音響メタサーフェスの創成設計が可能であることがわかった．具体的には，複数の物理現象を利用し，各周波数帯域毎に適当な現象を発生させ，所望の目的を達成可能な音響メタサーフェスが創成設計可能であることを示すことに成功した．これらの成果は国際学術雑誌に投稿中である．今後，実験的検証を行うために，実験設備，製造方法等の基礎的な検討も行っている．
他方で，メタサーフェスやメタマテリアルのミクロ構造の評価には，局所共振を考慮した均質化法の構築が必要不可欠であることがわかった．現在，その基礎技術の構築に取り組んでいる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
局所共振現象を考慮した均質化法の構築に着手しており，当初予定した内容よりも学術的に高度な内容に取り組むことができた．さらには，得られた成果は既に著名な国際雑誌に投稿している．
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| Strategy for Future Research Activity |
得られたトポロジー最適化結果の数値的検証と実験的検証を行う．具体的には，トポロジー最適化では無限平板を仮定している音響メタサーフェスを有限サイズの音響メタサーフェスとして使用した場合に十分な性能を発揮可能かどうかを数値的検証を行う．数値的検証と考察を踏まえて，実験的検証も行う．
他方で，現在着手している局所共振を考慮した均質化法の構築と，トポロジー最適化への展開を進める．
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| Causes of Carryover |
想定以上に研究が進展いるため，次年度に研究成果発表，実験等の予算が想定よりも多く必要となるため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究成果発表，実験等に充当計画である．
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[Presentation] Level set-based topology optimization for the design of acoustic metamaterial using two-phase material model2016
Author(s)
Noguchi, Y., Yamamoto, T., Yamada, T., Izui, K., Nishiwaki, S.
Organizer
5th Joint Meeting of the Acoustical Society of America and Acoustical Society of Japan
Place of Presentation
Honolulu, USA
Year and Date
2016-12-02
Int'l Joint Research
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[Presentation] Design of acoustic metamaterial using level set-based topology optimization2016
Author(s)
Noguchi, Y., Yamada, T., Yamamoto, T., Izui, K., Nishiwaki, S.,
Organizer
7th International Conference on Computational Methods (ICCM2016)
Place of Presentation
Berkeley, California, USA
Year and Date
2016-08-01 – 2016-08-04
Int'l Joint Research
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[Presentation] Level set-based topology optimization of three dimensional wave-motion-converting metasurface in an acoustic-elastic coupled system2016
Author(s)
Noguchi, Y., Yamada, T., Otomori, M., Izui, K., Nishiwaki, S.
Organizer
12th World Congress on Computational Mechanics
Place of Presentation
Seoul, Korea
Year and Date
2016-07-24 – 2016-07-29
Int'l Joint Research
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