著者

山田 崇恭

出版者

東京大学

雑誌

戦略的な研究開発の推進 創発的研究支援事業

巻号頁・発行日

2021

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本研究では、数学的・力学的根拠に立脚して、可展面構造を創成計する方法論を、トポロジー最適化の考え方の拡張により構築します。可展面とは,伸縮することなしに平面に展開できる曲面であり、折り紙がその代表例です。さらには、提案する方法論の応用研究として、状況に応じて最適な形状へと自動的に変形する潜在的機能を持ったスマート展開機械デバイスの創成設計法を構築します。

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

野田 雅貴 野口 悠暉 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.896, pp.20-00412, 2021 (Released:2021-04-25)

参考文献数

35

被引用文献数

1 4

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This paper provides a vector-valued level set-based topology optimization method for multiple materials. The proposed method is characterized by a perfectly symmetric representation of multi-material by a vector valued level set function, which lowers the dependence of initial configuration in the optimization calculation. The problem that the multi-material optimal configuration depends on how the parameters are given, due to the asymmetric material representation, is fundamentally solved. Also, this paper implements the method to adjust the geometrical complexity of optimal configurations with the regularization parameter. First, a topology optimization problem is formulated based on the representation by the perfectly symmetric vector-valued level set function, and the method to regularize the optimization problem is generalized for multi-material topology optimization. Next, we construct an optimization algorithm in which the level set function is updated by the reaction-diffusion equation. Finally, two- and three-dimensional numerical examples are shown to confirm the validity and utility of the proposed topology optimization method.

著者

村井 直樹 野口 悠暉 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.20210009, 2021-05-21 (Released:2021-05-21)

参考文献数

39

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本論文では,高材料定数比均質化法とレベルセット法に基づくトポロジー最適化法を組み合わせた方法論を提案し,電磁メタマテリアルのユニットセル構造の最適設計を行う.高材料定数比均質化法は,メタマテリアル内を伝搬する波動の振る舞いを厳密に評価可能な手法であり,広い周波数帯で有効である上に従来の均質化法では困難であった局所共振現象の評価が可能である点を特長とする.まず,高材料定数比均質化法について概説した上で,ユニットセル構造を設計変数とし,均質化係数を目的関数とする最適化問題を定式化する.次に感度解析を行い,最適化に必要な設計感度を形状感度とトポロジー導関数の概念に基づき導出する.数値解析例では,負の透磁率を示すユニットセル構造の最適化例を示す.さらに,得られた最適構造を周期的に配列させたメタマテリアルに対してヘルムホルツ方程式によるマクロ応答の解析を行い,提案手法の妥当性を示す.

著者

新谷 浩平 畔上 秀幸 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.900, pp.21-00138, 2021 (Released:2021-08-25)

参考文献数

30

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This paper proposes a solution to a multi-material robust topology optimization problem of density type considering material uncertainties based on H1 gradient method. A material interpolation with respect to the density is introduced using the rational approximation of material properties (RAMP) and generalized it for the case with an arbitrary number of materials. Material uncertainty is considered by introducing random variables in the material interpolation scheme. The probability density functions of the random variables are assumed to be given. The topology optimization is formulated using the density which is given by a sigmoid function of the design variable. A weighted sum of the mean and standard deviation of the mean compliance is used as the objective function to control the tradeoff between optimality and robustness. To evaluate statistical moments of the objective function effectively, the univariate dimension reduction (UDR) and the Gauss-type quadrature sampling are introduced. A scheme to solve the robust topology optimization problem is presented using an iterative algorithm based on the H1 gradient method for reshaping. Examples of a two-dimensional cantilever beam under various material uncertainty exhibit the efficiency and flexibility of the approach. The accuracy of UDR is validated by comparing the results to the Monte Carlo approach.

著者

酒井 虹太 野口 悠暉 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.20210018, 2021-11-01 (Released:2021-11-01)

参考文献数

19

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本研究では,幾何学的特徴量に対する偏微分方程式を用いて,型による成形製造の可否を判定する数理モデルを提案する.さらには,提案するモデルとレベルセット法に基づくトポロジー最適化を用いて,型による成形製造を前提としたトポロジー最適化法を提案する.最初に,型による成形製造において要求される幾何学的制約条件を明確化する.次に,法線ベクトルを仮想的な物理モデルによる定式化を行う.さらには,製造性に関する幾何学的制約条件を具体的に定式化する.また,有限要素法を用いたトポロジー最適化の具体的な数値解析アルゴリズムを提案する.最後に,二次元及び三次元の数値解析例を示し,本提案手法の有効性と妥当性の検証を行う.

著者

長谷部 高広 黒田 紘敏 寺本 央 正宗 淳 山田 崇恭

出版者

一般社団法人 日本応用数理学会

雑誌

日本応用数理学会論文誌 (ISSN:24240982)

巻号頁・発行日

vol.30, no.3, pp.249-258, 2020 (Released:2020-09-25)

参考文献数

7

被引用文献数

1

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概要. 本論文では,山田により提案されている偏微分方程式の解,もしくは熱方程式の解を用いて,形状の法線ベクトルを与える場を構成できることを証明する.最初に,問題設定を示すと共に,偏微分方程式の有限要素法による数値解析例を示す.次に,各方程式の場合における定理とその証明を示す.

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。

著者

山田 崇恭 正宗 淳 寺本 央 長谷部 高広 黒田 紘敏

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.85, no.877, pp.19-00129, 2019 (Released:2019-09-25)

参考文献数

22

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This paper aims to develop a scheme for geometrical feature constraints in topology optimization for Additive Manufacturing (AM) without support structures based on the Partial Differential Equation (PDE) of geometrical shape features. To begin with, the basic concept of topology optimization and a level set-based topology optimization method are briefly described. Second, the PDE system for geometrical shape features is formulated. Here, aspects of the distribution of state variables are discussed using an analytical solution of the PDE. Based on the discussion, a function indicating the extended normal vector including geometrical singularity points is formulated. Third, geometrical requirements of product shape in AM without support structures – the so-called overhang constraint – are clarified in two-dimensions. A way of extending of the proposed concept to three-dimensional problems is also clarified. Additionally, geometrical singularities in the overhang constraint are discussed. Based on the PDE system and the clarified geometrical requirements, the overhang constraint including geometrical singularities is formulated. A topology optimization problem of the linear elastic problem is formulated considering the overhang constraint. A level set-based topology optimization algorithm is constructed where the Finite Element Method (FEM) is used to solve the governing equation of the linear elastic problem and the PDE, and to update the level set function. Finally, two-dimensional numerical examples are provided to confirm the validity and utility of the proposed method.

著者

山田 崇春 戸川 泰子 幸脇 正典 小山 典久

出版者

日本新生児成育医学会

雑誌

日本新生児成育医学会雑誌 = Journal of Japan Society for Neonatal Health and Development (ISSN:21897549)

巻号頁・発行日

vol.30, no.1, pp.99-103, 2018

著者

山田 崇仁

出版者

立命館東洋史學會

雑誌

立命館東洋史學 = The journal of Ritsumeikan East Asian History Studies (ISSN:13451073)

巻号頁・発行日

no.40, pp.63-102, 2017

著者

山田 崇史 三島 隆章 坂本 誠 和田 正信

出版者

公益社団法人 日本理学療法士協会

雑誌

理学療法学Supplement Vol.32 Suppl. No.2 (第40回日本理学療法学術大会 抄録集)

巻号頁・発行日

pp.A0423, 2005 (Released:2005-04-27)

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【目的】これまでに我々は,甲状腺機能亢進症ラットのヒラメ筋において,興奮収縮連関の機能を検討し,筋原線維レベルにおける機能の変化が,筋力低下の原因の1つであることを報告した.しかしながら,本症では筋原線維タンパク質の総量に変化が認められないことから,筋原線維において何らかの質的変化が生じているものと推察される.近年,筋の発揮張力は,興奮収縮連関に関与するタンパク質の酸化還元動態に影響を受けることが示されている.したがって本研究の目的は,甲状腺機能亢進症において,発揮張力と筋原線維タンパク質の酸化還元動態との関連性を明らかにし,本症に伴う筋力低下の機序について検討することである.【方法】9週齢のWistar系雄性ラット34匹を対象とし,これらを対照群および実験群に分けた.実験群のラットには,甲状腺ホルモンを毎日300 μg/kgずつ21日間投与した後,麻酔下でヒラメ筋を採取した.その後,直ちにリンガー液中で単収縮張力および強縮張力を測定し,筋重量および筋長から単位断面積あたりの張力を算出した.また,ヒラメ筋全体の酸化還元動態を明らかにするために,筋に含まれる還元型グルタチオン(GSH)の量を,また,筋原線維タンパク質の酸化的修飾の有無を検討するために,高濃度K+溶液により抽出した筋ホモジネイトにおけるカルボニル基の量を測定した.【結果および考察】21日間の甲状腺ホルモンの投与により,ラットヒラメ筋における単収縮張力および強縮張力は有意な低値を示した.また,対照群に比べ実験群において,GSHの量は有意な低値を,また,カルボニル基の量は有意な高値を示した.細胞内において,GSHは抗酸化物質として作用していることから,甲状腺機能亢進症では,筋線維が酸化ストレスを受けると考えられる.一方,カルボニル基は,タンパク質が不可逆的な酸化的修飾を受けると形成されることが示されている.本研究で用いた高濃度K+溶液による抽出法では,溶液に含まれるタンパク質のほとんどが筋原線維であり,これらのタンパク質が酸化的修飾を受けていると考えられる.本症では基礎代謝の亢進に伴い,ミトコンドリア呼吸が増大し,正常なものと比べ活性酸素種がより多く発生することが報告されており,これらが筋原線維タンパク質の酸化に関与している可能性が高い.また,筋原線維タンパク質のなかでも,アクチンおよびミオシンは特に酸化的修飾を受けやすいことが示されている.これらのことから,甲状腺機能亢進症を発症している個体の筋では,酸化ストレスによってこれら2つのタンパク質の機能が低下し,そのことが筋力の低下を誘起していると推察される.

著者

山田 崇之 今関 隆雄 中原 秀樹 横山 基幹 大島 永久 田辺 貞雄 入江 嘉仁

出版者

特定非営利活動法人 日本心臓血管外科学会

雑誌

日本心臓血管外科学会雑誌 (ISSN:02851474)

巻号頁・発行日

vol.20, no.2, pp.350-353, 1990-10-15 (Released:2009-04-28)

参考文献数

4

著者

山田 崇仁

出版者

立命館東洋史學會

雑誌

立命館東洋史学 = 立命館東洋史学 (ISSN:13451073)

巻号頁・発行日

vol.40, pp.63-102, 2017-08

著者

山田 崇恭 西脇 眞二 伊賀 淳郎 泉井 一浩 吉村 允孝

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 C編 (ISSN:03875024)

巻号頁・発行日

vol.75, no.759, pp.2868-2876, 2009-11-25 (Released:2017-06-09)

参考文献数

21

被引用文献数

1 2

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In structural designs considering thermal loading, to control thermal stress and minimize decreases in material strength at high temperatures, it is important to maximize the thermal diffusivity of structures, in addition to the usual maximization of stiffness that optimal designs achieve. This paper presents a new level set-based topology optimization method for thermal problems with generic heat transfer boundaries in a fixed design domain that includes design-dependent effects, using level set boundary expressions and the Finite Element Method. First, a topology optimization method using a level set model incorporating fictitious interface energy is briefly discussed. Next, an optimization problem is formulated using the concept of total potential energy to address the design of mechanical structures that aim to minimize the mean temperature of the structure under thermal loading. An optimization algorithm that uses the Finite Element Method when solving the equilibrium equation and updating the level set function is then constructed. Finally, several numerical examples are provided to confirm the utility of the proposed optimization method.

著者

谷村 恵子 山田 忠明 千原 佑介 久保田 豊 塩津 伸介 竹田 隆之 山田 崇央 平沼 修 内野 順治 髙山 浩一

出版者

特定非営利活動法人 日本肺癌学会

雑誌

肺癌 (ISSN:03869628)

巻号頁・発行日

vol.59, no.2, pp.128-136, 2019-04-20 (Released:2019-05-10)

参考文献数

13

被引用文献数

3

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背景.進行非小細胞肺がん治療における免疫チェックポイント阻害薬(immune checkpoint inhibitor:ICI)は標準治療のひとつであるが,稀に重篤な免疫関連有害事象(immune-related adverse event:irAE)が出現する.一方,irAEを発症した症例ではICIの良好な治療成績を示すことが報告されている.研究計画.2016年1月から2017年12月まで国内6施設でICI治療を行った非小細胞肺がん146例を対象に,irAEと治療効果との関連について後方視的に調査した.結果.irAE発症例は58例(39.7%),irAE発症群,非発症群の無増悪生存期間中央値はそれぞれ4.9ヶ月,2.1ヶ月(p=0.0178)と発症群で有意に延長した.奏効率や病勢制御率は,irAE発症群で有意に良好であった.irAE発症群では,全生存期間は有意に延長した.ICI開始後42日以降にirAEを発症した群は,より早期に発症した群と比較して無増悪生存期間および全生存期間が良好であった.結論.ICIによるirAE発症は治療効果や予後と関連するが,その発症時期が重要である.

著者

石塚 尚子 野口 悠暉 山田 崇恭 泉井 一浩 西脇 眞二

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.83, no.853, pp.17-00185-17-00185, 2017 (Released:2017-09-25)

参考文献数

19

被引用文献数

1

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The uniformity of deposition thickness in electroplating processes is vital to the realization of desirable surface qualities of many products. The thickness distribution of deposits varies according to numerous factors, such as the arrangement and shapes of auxiliary cathodes, anodes and shields, and the detailed configuration of the plating process. In recent years, computer analyses such as the Finite Element Method (FEM) have become widespread. Such analytical tools can predict thickness distributions, search for optimal process configurations, and avoid production problems, to some extent, but the selection of the most effective analytical conditions still depends on skilled analysts. This study presents a topology optimization method to achieve uniform deposition thickness, applied to the design of the shields placed in an electroplating bath. The proposed method uses level set boundary expressions and the FEM to analyze the electrochemical field. The Kreisselmeier-Steinhauser (KS) function for the current density distribution on a cathode is employed as an objective function, since current density is nearly proportional to the thickness of the resulting electroplating. The magnitude of the current density on the cathode is set as a constraint so that it does not fall below a certain value, to avoid lengthy plating times that would occur if the current density were too low. Numerical examples are presented to confirm the utility of the proposed method and the results demonstrate that the proposed method can obtain appropriate shapes and arrangements of shields.

著者

佐藤 綾美 岡本 崇 山田 崇恭 泉井 一浩 西脇 眞二

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.83, no.850, pp.17-00135-17-00135, 2017 (Released:2017-06-25)

参考文献数

17

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We construct a topology optimization method for two dimensional rarefied gas flow problems, based on level-set boundary expressions. The degree of rarefaction is expressed by the Knudsen number, which is the ratio of the mean free path and the characteristic length of the system. As the Knudsen number approaches 0 in the limit, flow behaviors can be described by Navier-Stokes equations and topology optimization methods for such flows have already been proposed. On the other hand, the governing equation for flows which have a large rarefaction is the Boltzmann equation and topology optimization methods for such flows have not been seen. This paper presents the topology optimization method for rarefied gas flows whose Knudsen number is approximately 1, aiming at an application for the design of flow channels in micromachines. We use the Bhatnagar-Gross-Krook (BGK) model of the Boltzmann equation and extend it to the entire design domain that includes both rarefied gas and solid domains. First, we briefly discuss the Boltzmann equation and the level set-based topology optimization method. Second, an optimization problem is formulated to address the design of flow channels that aim to maximize the flow velocity induced along a temperature gradient. Finally, several numerical examples demonstrate the validity and usefulness of the proposed method.