Construction of creative design method of new functional structures using crack initiation/growth and finite deformation

基于裂纹萌生/扩展和有限变形的新型功能结构创意设计方法的构建

• 批准号: 22K18755
• 负责人: 西脇 眞二
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18755/
• 关键词: トポロジー最適化; 構造創成; 構造メタマテリアル; き裂の発生・進展; 有限変形

き裂進展を伴う大変形挙動は，変位制御下でのき裂開口による構造全体の異方的な挙動や，微小変形では達成できない大変位・大回転挙動を利用できる可能性をもち，メゾスケールにおいて，このき裂発生の位置や進展と有限変形挙動を制御できれば，マクロスケールにおいて，新しい機能をもつ材料構造を設計できる可能性がある．本研究では，このような材料構造創成法として，き裂の発生位置と進展過程および有限変形・回転のような構造の不安定挙動をも解析・制御・特定を可能とすることにより，新機能を付加可能な構造創成設計法を，トポロジー最適化に基づき構築する．本年度は，その研究開発の一環として，フェーズフィールド法に基づき，き裂の発生・進展と変形を同時に解明可能な方法論を構築した．併せて，フェーズフィールド法に基づくトポロジー最適化の方法論についても，設計変数を更新するための反応拡散方程式の改善を行うとともに，変形量と変形モードを特定可能な目的関数の定式化について検討を行った．さらに，目的関数を剛性の最大化，すなわち平均コンプライアンスの最小化に設定した場合の，構造創成設計法を構築し，その方法を簡単な設計問題に適用し，方法論の妥当性の検証を行った．

The possibility of using the crack development position and the progress of the crack development position and the limited shape movement control is discussed. The new function is discussed. The possibility of designing the material structure is discussed. In this paper, we propose a new method for structural design of materials, including crack initiation, crack propagation, finite deformation, structural instability analysis, control, specific possibility, and optimization. This year, the research and development of a ring, the development of a new method, the development of a new method, and the construction of a new methodology. In addition, the optimization methodology of the basic optimization method is discussed in the design parameter update and the improvement of the inverse dispersion equation is discussed in the formalization of the variable parameter and the specific possible objective parameter. In addition, the objective is to maximize the rigidity of the number, to minimize the average number of parameters, to construct a structural design method, to simplify the design problem, and to verify the appropriateness of the methodology.

项目成果

Topology optimization for maximizing fracture resistance using crack phase-field and reaction-diffusion-based level-set approach

使用裂纹相场和基于反应扩散的水平集方法进行拓扑优化以最大化断裂阻力

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroyasu Miura;Jike Han;Hao Li;Kozo Furuta;Tsuguo Kondoh;Shinji Nishiwaki;Shuji Moriguchi and Kenjiro Terada
• 通讯作者: Shuji Moriguchi and Kenjiro Terada

Topology optimization for maximizing fracture resistance

拓扑优化以最大限度地提高抗断裂能力

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroyasu Miura;Jike Han;Shuji Moriguchi and Kenjiro Terada
• 通讯作者: Shuji Moriguchi and Kenjiro Terada