著者

小川 竣 山田 崇恭

出版者

一般社団法人 日本機械学会

雑誌

日本機械学会論文集 (ISSN:21879761)

巻号頁・発行日

vol.87, no.893, pp.20-00382, 2021 (Released:2021-01-25)

参考文献数

18

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In this study, we propose a topology optimization method for dynamic problems to control the deformation of the structure. To derive a structure that minimizes the deformation due to transient loads for an isotropic linear elastic model, the strain energy and the squared norm of dynamic compliance are set as objective functions. The topology optimization method applies a density method based on the RAMP method. In the case of the density method, since a optimal structure is obtained by an optimization algorithm based on the gradient method, it is necessary to formulate design sensitivity equations that can appropriately take into account the target optimization problem. A generalized sensitivity analysis method is proposed by introducing the adjoint method and applying Newmark’s β method, which considers the displacement as an unknown quantity , and considering the equations of motion. Furthermore, the accuracy of the sensitivity is verified by using the finite difference method as a benchmark, and it is shown that the proposed design sensitivity has high accuracy. Finally, as a numerical example, we derive optimal structures for several optimization problems and discuss the optimization problem settings to obtain a structure that can control vibrations. The validity of the proposed method is demonstrated by deriving the optimal structure to control the vibration.

著者

小川 竣 山田 崇恭

出版者

一般社団法人 日本計算工学会

雑誌

日本計算工学会論文集 (ISSN:13478826)

巻号頁・発行日

vol.2021, pp.20210004, 2021-03-18 (Released:2021-03-18)

参考文献数

22

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本研究は、過渡的に変化する外荷重に対して構造物の最大応力を低減するためのトポロジー最適化手法を提案する。任意の波形を持つ外荷重を取り扱うため,運動方程式の解法は、ニューマークのベータ法による逐次積分法を採用する。さらに、解析で対象としている全時刻で生じる最大ミーゼス応力を最小化するための新しい目的関数を定義する。随伴変数法と高い精度で感度が得られる Discretize then differential approach の考え方を適用した過渡応答問題の解析感度を定式化する。定式化した感度は,有限差分法をベンチマークとした精度検証を行うことによって理論の妥当性を示す。最後に、複数の最適化計算を示すことで、提案手法の有効性を確認する。

著者

小川 竣 山田 崇恭

出版者

一般社団法人 日本計算工学会

雑誌

日本計算工学会論文集 (ISSN:13478826)

巻号頁・発行日

vol.2021, pp.20210005, 2021-04-01 (Released:2021-04-01)

参考文献数

22

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本研究では、過渡的に変化する温度分布を制御する最適構造の創成を目的に非定常熱伝導問題のトポロジー最適化手法を提案する。非定常熱伝導問題における温度分布の履歴依存性を感度解析において考慮するため、最も汎用性が高く、解析条件によらず高い精度で感度を計算できるDiscretize then differential approachを応用し,感度の詳細な定式化を行う。さらに、物体領域の熱伝導性を担保しながら、任意の温度分布に制御できる構造を導出するため、熱コンプライアンスと目標温度との2乗誤差による重み付け総和関数による目的関数を新たに定義する。定式化した感度は、有限差分法をベンチマークとした精度検証を行うことによって理論の妥当性を示す。最後に、複数の最適化計算例を示すことで、提案手法の妥当性を示す。

著者

小川 竣 音羽 貴史 山田 崇恭

出版者

一般社団法人 日本計算工学会

雑誌

日本計算工学会論文集 (ISSN:13478826)

巻号頁・発行日

vol.2020, pp.20200022, 2020-12-23 (Released:2020-12-23)

参考文献数

15

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本研究は、熱交換量性能最大化を目的としたレベルセットトポロジー最適化手法を提案するものである。トポロジー最適化は、最適化の過程で境界の移動だけでなく、新たな境界を発生させることが可能である。また、熱交換は物体の境界に行われるため、その境界の位置と形状が物体の温度分布に大きな影響を与える。そこで、本研究では、物体の形状依存の境界条件として熱伝達境界を考慮した感度解析手法を提案する。特に、トポロジー導関数と形状感度が異なる式で定義されることを前提に、2つの感度式を組み合わせた新たな設計感度式を示す。加えて、最適化計算中に自動で熱伝達境界面の位置を判定する数値解析手法を導入する。最後に具体的な数値計算を行い、提案した手法の妥当性を示す。