マルチマテリアル3D-printerでつくる未来の社会インフラ設計法の開発

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複数の異なる材料を適材適所で用いるマルチマテリアル化と，複雑な形状でも容易に造形できる３Ｄ－ｐｒｉｎｔｅｒによるものづくりは，これからの新しい製造・生産システムを担う革新的な技術であり，これを社会インフラ構造物の施工にも応用する試みが世界的に進められている．本研究は，土木構造物をはじめとする社会インフラ・構造物の破壊を防ぐために，複数の異種材料を活用してそれを可能にする仕組みを見出し，それをマルチマテリアルトポロジー最適化手法の発展系として新たな枠組みを構築するものである．２０２２年度は，３年間の研究計画の最終年度ということで，理論およびその実装の取りまとめを行った．具体的には，各固体材料および材料界面の強度を考慮したマルチマテリアルトポロジー最適化手法を開発し，その性能検証を行った．その際，評価する等価応力の値について，固体材料には等方性のフォン・ミーゼス応力を仮定した．その一方で，材料界面には引張・圧縮非対称応力規準を採用し，より現実に近い界面を再現した状態で最適化計算を行った．また，応力制約付きトポロジー最適化問題で生じる，特異点問題と呼ばれる問題に対して，それを緩和するための手法を新たに提案した．本提案手法で得られる形状は，界面および固体材料の最大応力値を制御し，構造の安定性を向上させるのに有効であることが確認できた．ここまでの成果については，すでに論文を執筆し，国内外での研究発表を行っている．