Optimization of additive manufacturing process to control metallic microstructure(Fostering Joint International Research)

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16KK0141
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 加藤 準治 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00594087)
• Project Period (FY): 2017 – 2021
• Keywords: トポロジー最適化 / マルチフィジックス / 熱伝導 / マルチスケール / 寸法効果

Outline of Annual Research Achievements

本国際共同研究の目的は，申請者の基課題，科研費基盤B「高強度・高延性の両立を可能にする次世代金属材料のための多結晶構造最適化」の成果を発展させ，宇宙航空，自動車，機械，建設，船舶，医療工学分野など，あらゆる分野の「ものづくり」の基盤となる最適設計法の共同研究および国際的ネットワーク・人脈作りを行うことである．共同研究機関はドイツ・アーヘン工科大学ほか，ドレスデン工科大学，シュトゥットガルト大学，中国・大連工科大学，イタリア・パヴィア大学など，多数におよぶ．具体的な研究目的は，各々の研究機関の強みを吟味しつつ協働して，積層造形を念頭においた熱構造問題に関するマルチフィジックス構造解析およびそのトポロジー最適設計法の確立である．
当該年度については，新型コロナウィルス感染拡大防止のため，予定していた海外渡航がすべてキャンセルとなり，その後の渡航の見通しもまったく立たないという状況にあった．そのような厳しい状況の中，本研究を推進させるために，オンラインでディスカッションを深め，渡航先にて行う予定であった大規模計算等を国内で実施した．
このように研究の推進方法を変更せざるを得なかったが，ドレスデン工科大学との共同研究の一環で，3本目の国際研究共著論文として非定常熱伝導解析のマルチスケールトポロジー最適化に関する研究報告を英文ジャーナルに投稿し，アクセプトされた．また，WCSMO2021およびUSNCCM2021などの国際会議，計算工学講演会や土木学会応用力学シンポジウムなどの国内会議て成果発表を行っており，さらに4本目の論文を投稿し，査読審査段階である．

Research Products

• [Int'l Joint Research] アーヘン工科大学(ドイツ) (2019)
  • Year and Date: 2019-03-31 – 2019-09-30
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: アーヘン工科大学
  • Co-investigator Overseas: マンレック べーア
  • Department: 工学研究科
  • Job Title: 教授
  • Change Date: 2018年07月27日、2019年01月22日
• [Int'l Joint Research] ウィーン大学(オーストリア) (2019)
  • Year and Date: 2019-02-18 – 2019-02-22
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: ウィーン大学
  • Co-investigator Overseas: ミヒャエル カリスケ
  • Department: ドレスデン工科大学工学研究科
  • Job Title: 教授
  • Change Date: 2018年07月27日、2019年01月22日
• [Int'l Joint Research] 大連理工大学(中国) (2018)
  • Year and Date: 2018-09-23 – 2018-09-26
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 大連理工大学
  • Co-investigator Overseas: ビン ニュウ
  • Department: 工学研究科
  • Job Title: 准教授
  • Change Date: 2018年07月27日、2019年01月22日
• [Int'l Joint Research] パヴィア大学(イタリア) (2018)
  • Year and Date: 2018-09-17 – 2018-09-19
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: パヴィア大学
  • Co-investigator Overseas: フェルナンド アウリチョー
  • Department: 工学研究科
  • Job Title: 教授
  • Change Date: 2018年07月27日、2019年01月22日
• [Int'l Joint Research] シュトゥットガルト大学(ドイツ) (2018)
  • Year and Date: 2018-09-12 – 2018-09-16
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: シュトゥットガルト大学
  • Co-investigator Overseas: マンフレッド ビショッフ
  • Department: 工学研究科
  • Job Title: 教授
  • Change Date: 2018年07月27日、2019年01月22日
• [Int'l Joint Research] ドレスデン工科大学(ドイツ) (2018)
  • Year and Date: 2018-08-07 – 2018-08-12
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: ドレスデン工科大学
  • Co-investigator Overseas: ミヒャエル カリスケ
  • Department: 工学研究科
  • Job Title: 教授
  • Change Date: 2018年07月27日、2019年01月22日
• [Int'l Joint Research] ジョンズ・ホプキンズ大学(米国) (2018)
  • Year and Date: 2018-07-22 – 2018-07-29
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ジョンズ・ホプキンズ大学
  • Co-investigator Overseas: ジェミー グエスト
  • Department: 工学研究科
  • Job Title: 准教授
  • Change Date: 2018年07月27日、2019年01月22日
• [Journal Article] Heat-transfer and pressure drop characteristics of micro-lattice materials fabricated by selective laser metal melting technology (2022)
  • Author(s): Takarazawa S., Ushijima K., Fleischhauer R., Kato J., Terada K., Cantwell W. J., Kaliske M., Kagaya S., Hasumoto S.
  • Journal Title: HEAT AND MASS TRANSFER Volume: 58 Pages: 125-141
  • DOI: 10.1007/s00231-021-03083-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two-scale topology optimization for transient heat analysis in porous material considering the size effect of microstructure (2022)
  • Author(s): Naruethep Sukulthanasorn, Hiroya Hoshiba, Koji Nishiguchi, Mao Kurumatani, Robert Fleischhauer, Kuniharu Ushijima, Michael Kaliske, Kenjiro Terada and Junji Kato
  • Journal Title: STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION Volume: - Pages: accepted
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 温度履歴制御を目的としたトポロジー最適化の基礎的検討 (2021)
  • Author(s): 高荒圭佑，干場大也，西口浩司，加藤準治
  • Organizer: 令和3年度土木学会全国大会
• [Presentation] Stress-Based Multi-Material Topology Optimization to Prevent Interface Fracture (2021)
  • Author(s): Daiki Watanabe, Hiroya Hoshiba, Junji Kato
  • Organizer: 16th U.S. National Congress on Computational Mechanics
• [Presentation] Additive manufacturing topology optimization for buckling with stiffness constraint (2021)
  • Author(s): Kato, J., Mizutori, T., Hoshiba, H., Uozumi, H. and Kikawa, K.
  • Organizer: 14th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization
• [Presentation] Topology optimization for transient heat transfer considering size effect of microstructure in porous material (2021)
  • Author(s): Sululthanasorn, N., Hoshiba, H., Kurumatani, M., Kato, J. and Terada, K.
  • Organizer: 14th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization
• [Presentation] 非定常熱境界条件を考慮したトポロジー最適化の基礎的検討 (2021)
  • Author(s): 高荒圭佑，干場大也，西口浩司，加藤準治
  • Organizer: 第26回計算工学講演会
• [Presentation] 接着部の静的破壊を考慮したマルチマテリアルトポロジー最適化 (2021)
  • Author(s): 渡邉大貴，干場大也，西口浩司，加藤準治
  • Organizer: 第26回計算工学講演会