構造形態を含む複合領域最適設計法の研究

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トポロジー最適化は構造物の所望の性能を最大化する形状・形態を求める方法論である。本研究では、トポロジー最適化における条件設定を規定する量(本研究ではこれを外部変数と呼ぶ)と、形態の両方を考慮した最適化を行う手法を開発し、より自由度の高い設計解探索を実現することを目的とする。本年度は、前年度の研究成果を足がかりに、より複雑な設計問題への手法の拡張を行った。設計問題としてノイズフィルタのレイアウト設計を取り上げ、素子の配置と導体パターンの最適化による設計支援の方法論を構築した。具体的には、(1)外部変数の数が多い設計問題へ適用可能な方法論の開発・改良、(2)方法論のノイズフィルタ設計例題への適用を実施した。(1)においては、まず、素子配置のみを対象としたパラメータスタディを行い、設計問題の解空間の性質や傾向を把握した。これにより、ノイズフィルタ設計問題へ提案する最適化手法を適用するうえでは、外部変数の数の多さから、手法における関数近似の手続きでの計算量が増大するという課題が明らかになった。そこで、先の検討で得られた解空間の性質に関する知見をもとに、最低限の計算量で妥当な近似を行うための方法論を選定した。(2)においては、ノイズフィルタの性能(Sパラメータ)悪化には、誘導ノイズ・伝導ノイズという2つの要因があるため、各ノイズが支配的となるフィルタ構成について最適化を行った。その結果、前者では、素子配置を考慮しない従来手法の性能改善量が1.188[dB]だったのに対し、提案手法による素子配置と導体パターンを考慮した最適化によって19.52[dB]改善された。また、後者でも同様に、従来手法では8.504[dB]だったのに対し、提案手法により17.74[dB]性能が改善された。さらに、前者の最適化結果から、新規なノイズフィルタの設計コンセプトを獲得できた。