著者

太田 悠誠 野口 悠暉 松島 慶 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.2022, pp.20220014, 2022-10-19 (Released:2022-10-19)

参考文献数

18

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本研究では,自立性を満たす構造設計案を創出するためのトポロジー最適化法を提案する.まず,自立性を満たさない構造を検出するために,仮想的な物理モデルを導入する.次に,レベルセット法に基づくトポロジー最適化法を導入し,自立性を実現するための制約条件を仮想的な物理場によって表現する.自立性が求められる代表例として,音響クローキング設計問題を対象に最適化問題の定式化を行う.トポロジー導関数の考え方に基づく設計感度の表式を述べ,複数の数値解析例を示すことによって提案手法の妥当性及び有用性を示す.具体的には,提案する仮想的な物理場の特徴を説明し,自立性を満たさない構造が排除された音響クローキング構造の最適設計案を示す.

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

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

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

岸本 直樹 野口 悠暉 佐藤 勇気 泉井 一浩 山田 崇恭 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.849, pp.17-00069-17-00069, 2017 (Released:2017-05-25)

参考文献数

24

被引用文献数

8

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Topology optimization is the most flexible type of structural optimization method. This method has been applied in a variety of physics problems dealing with a multitude of design problems. In a given design problem, however, the optimization problem often has conflicting evaluative functions, such as the need for high rigidity in combination with minimal weight. The difficulty of simultaneously achieving high performance for two or more functions may be further compounded because current topology optimization methods typically only deal with a single material. On the other hand, when multiple kinds of materials having various properties can be selected for use, the range of a designer's choices is increased and an appropriate solution that greatly improves product functions may be achieved. Thus, this paper presents a new topology optimization method for multi-materials that obtains high-performance configurations. We apply the Multi-Material Level Set (MM-LS) topology description model in the topology optimization method, which uses a total of n level set functions to represent n materials, plus the void phase. The advantage of the MM-LS model is that clear optimal configurations are obtained and the design sensitivity for multi-material structures can be easily calculated. The level set functions that are design variables are updated using the topological derivatives, which also function as design sensitivities, and we derive the topological derivatives for multiple materials. Through several numerical examples, we demonstrate the validity of the proposed method.