Simultaneous Optimum Design Method of Topology, Angle, and Multi-material Distribution based on a Time Dependent PDE

基于瞬态偏微分方程的拓扑、角度和多材料分布同时优化设计方法

• 批准号: 22K14168
• 负责人: 古田 幸三
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14168/
• 关键词: トポロジー最適化; 時間発展方程式; フェーズフィールド法; 配向方向最適化; コンプライアントメカニズム; 構造最適化; インフィル構造; 異方性材料最適化; 複数材料最適化

本研究課題では，Allen Cahn方程式に代表される時間発展偏微分方程式に基づく角度，形態および複数材料配置の同時最適設計法の構築を行う．本年度は事前検討の段階より構築を開始していた，形態と形状の同時最適化および逐次最適化法の構築および，剛性問題を対象とした形態と配向方向の同時最適化法の構築を中心に取り組んだ．前者については，Allen Cahn方程式の特長をいかし，従来のフェーズフィールド法と同様に二重井戸項の中に形状感度を組み込み行う形状最適設計法と，新たに反応項に設計感度を加えることで行う形態最適化を一つの方程式の中でスイッチング可能な最適設計法の構築を行った．これにより，領域ごとに形状と形態を同一方程式で同時に最適化計算を行う新たな設計法の構築に成功した．さらには，最適化計算の前半では，形態の変更を許容することでより革新的な性能向上を目的とした形態最適化を，計算の後半では得られた最適化構造をもとに形状最適化でさらに性能向上する逐次最適設計法の構築を行った．この成果については，計算力学の世界的な学会であるWCCMにて口頭発表を行った．形態と配向方向の同時最適化法については，新たに倍角方向ベクトルを設計変数とした配向方向の最適化法の構築，さらには，得られた配向方向について，製造性を考慮した設計案として創出可能なポスト処理システムについても構築を行った．本成果についても国際学会にて口頭発表を行った．以上が，主な今年度の実績である．

This paper presents the construction of the Allen Cahn equation, the time evolution partial differential equation, the fundamental angle, the morphology and the simultaneous optimal design method for multiple material configurations. This year, the preliminary study of the construction of the stage, the simultaneous optimization of the shape and the construction of the successive optimization method, the rigidity problem, the simultaneous optimization of the shape and the orientation of the construction of the central group. In the former case, Allen Cahn's equation has a special feature, and the method of shape optimization is used to construct the method of shape optimization. A new design method is successfully constructed by optimizing the calculation of the same equation. In the first half of optimization calculation, shape optimization is allowed to be carried out. In the second half of optimization calculation, shape optimization is allowed to be carried out. The results of WCCM are published in the World of Computational Mechanics. The simultaneous optimization method for the alignment direction of the morphology is to construct the optimization method for the alignment direction of the new angle doubling direction, and to consider the productivity of the design plan. The results of this study were published in the International Academy of Sciences. The above is the main achievement of this year.

项目成果

Multi-material Level set-based Topology Optimization for Maximization of the Fundamental Eigenfrequency

基于多材料水平集的拓扑优化以最大化基本特征频率

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakayama;N.;Li;H.;Jolivet;P.;Furuta;K.;Nishiwaki;S.;and Izui;K.
• 通讯作者: K.

マルチマテリアル構造の固有振動数の最大化を目的とするトポロジー最適化

拓扑优化以最大化多材料结构的固有频率

• 发表时间: 2022
• 作者: Matsubara;R.;Furuta;K.;Kondoh;T.;Izui;K.;and Nishiwaki;S.;和野公星，西脇眞二，泉井一浩，古田幸三;中山成，Li Hao，古田幸三，西脇眞二，泉井一浩
• 通讯作者: 中山成，Li Hao，古田幸三，西脇眞二，泉井一浩

Level-set based multi-material topology optimization considering material and joint cost

考虑材料和联合成本的基于水平集的多材料拓扑优化

• 发表时间: 2022
• 作者: Isoda;K.;Nakayama;N.;Li;Furuta;K.;Lim;S.;Izui;K.;and Nishiwaki;S.
• 通讯作者: S.

Level set-based multi-material topology optimization regarding structural weight reduction

关于结构减重的基于水平集的多材料拓扑优化

• 发表时间: 2022
• 作者: Furuta;K.;Hur;D.;Lim;S.;Izui;K.;and Nishiwaki;S.
• 通讯作者: S.

Structural Optimization Method Based on the Allen-Cahn Equation

基于Allen-Cahn方程的结构优化方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Matsubara;R.;Furuta;K.;Kondoh;T.;Izui;K.;and Nishiwaki;S.
• 通讯作者: S.