生物学的手法を用いた大空間構造物の形状最適設計手法の開発

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本研究では、現行の数理計画的手法に加え、生物の形態生成機構を応用した、大空間構造物の形状最適設計手法の開発を目的として、以下の点を検討した。1.大空間構造物の形態生成を支配する要因を、数値解析に基づいて分析し、注目する設計変数や目的とする指標を定めた。具体的には、大空間構造物の耐震性能を評価する上で重要になる指標として崩壊加速度に注目し、弾塑性応答解析を実行した。その結果、現行の設計基準に基づいて設計された円筒ラチスシェルでは、500gal程度の入力加速度で崩壊することを確認した。2.最適化の初期形状を選定するために、遺伝アルゴリズムの導入を検討した。建築構造分野での応用例を分析し、確率的選択法による有効性を検討したが、十分な結論が得られなかった。今後は、情報処理分野の応用例についても検討を進め、導入方法を検討してゆく必要がある。3.部材断面の最適化に対して、ニューラルネットワークを利用した評価方法を検討した。基礎的検討として、部材に発生する応力値に基づいて部材断面を最適化する応力比例法について、有効性を確認した。また、部材の取捨選択については、応力レベルの低い部材から削除してゆく方法を行い、最適形状に到達することを確認した。続いて、ニューラルネットワークに関しては、プロトタイプのツールを開発し、鋼材の履歴特性に関する学習や推論について検証を行った。以上の基礎的検討に基づいて、今後は生物学的なシステムの導入を図ることが、非常に有効であることが確認できた。