2021 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of Structural Design Method for Acoustic Metamaterials Considering Acoustic and Structural Coupled Effects Based on the Homogenization Method
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18H01356
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
西脇 眞二 京都大学, 工学研究科, 教授 (10346041)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野口 悠暉 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00845448)
山田 崇恭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30598222)
山本 崇史 工学院大学, 工学部, 教授 (30613640)
泉井 一浩 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90314228)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 音響メタマテリアル / トポロジー最適化 / 構造創成 / 均質化法 / CAE |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ミクロレベルの共振現象のマクロレベルへの影響を高周波均質化法にて評価することにより，複数の共振モードを適切に利用して特異な振動特性を示す材料構造，すなわちメタマテリアルの構造を創成設計する方法論を，トポロジー最適化に基づき構築する．この方法論が確立されれば，一般的には自然界に存在しない双極型の分散特性をもつ音響メタマテリアル構造や，複数の振動モードを利用した，より複雑で特異な分散特性をもつ音響メタマテリアルの構造を創成することが可能になる．さらに，それらの音響メタマテリアルにより，高機能な音響ハイパーレンズなどの革新的なデバイスを開発することができる．
昨年度までに，ミクロ構造の大域的な物理特性を評価可能な高周波均質化法の開発を行い，それに基づきミクロ構造のトポロジー最適化の構築を行った．そして，その方法により，双曲型，放物型の音響メタマテリアルの構造設計を行った．さらに，材料構造設計レベルであるミクロ構造とデバイス構造設計レベルであるマクロ構造の同時最適化を行うマルチレベルのトポロジー最適設計法を構築した．すなわち，大域的な音響伝搬状態を示す均質化方程式の解析解を導出し，その解析解を用いてマクロレベルでの音響伝搬特性を評価可能な方法を構築し，その評価方法により，マクロ構造としての性能を最大化可能な，ミクロ構造の最適形状と最適な配置位置を求める方法論を構築した．そして，構築した方法を幾つかのマクロ構造設計問題に適用し，方法論の有効性を検証した．
本年度は，複数の周波数で異なる分散特性を示す音響メタマテリアルを設計するため，複数の種類の材料を取り扱えるように構築した創成設計法を拡張する検討を進めた．これにより，複数の周波数で異なる分散特性を示す音響メタマテリアルを用いたミクロ・マクロ構造の創成設計が可能であることを明らかにした．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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