音響・変形制御に基づく新機能音響メタサーフェスの創成設計法の開発

基于声学和变形控制的新型功能声学超表面生成设计方法的开发

• 批准号: 17J09476
• 负责人: 野口 悠暉
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J09476/
• 关键词: 音響メタサーフェス; 均質化法; トポロジー最適化; 最適設計; 計算力学; マルチマテリアル

本年度では，前年度に構築済みの方法論を拡張し，音響構造連成系において所望の機能を示す音響メタサーフェスの創成設計を目的としたトポロジー最適化手法の構築について検討を行った．平面状に周期的に配列されたユニットセルの集合体として定義される音響メタサーフェスの設計においては，ユニットセルの特性のみではなく，メタサーフェスに対する入射音波の影響を考慮する必要がある．先行研究によると，波数空間上の複数の点の近傍における分散特性を適切に制御することによって，メタサーフェスが平面波音波に対し負の屈折現象を誘起することが知られている．そこで，前年度に構築済みの方法論を拡張し，波数空間上の複数の点の近傍における分散特性を制御するための最適化問題を定式化した．得られた最適構造を配列した音響メタサーフェスに対し平面波音波を与えると，負の屈折角をもって音波が伝搬する様子が確認でき，方法論の妥当性を確認できた．また，これまでに構築した手法は音響場のみを対象としており，弾性体材料中の横波弾性波を無視している．この近似は一般の弾性体材料で構成される音響構造連成系においては有効でない．そこで，音響構造連成系への方法論の拡張を目的とし，動弾性場を対象としたトポロジー最適化手法の構築を行った．動弾性方程式を対象とした高周波均質化法を導入し，トポロジー最適化手法と組み合わせた方法論を構築した上で最適化計算を行ったところ，所望の分散特性を示す弾性体メタマテリアルの最適構造を得ることができた．なお，弾性体材料の剛性率を0とする極限によって音響材料の表現が可能であるため，この方法論は音響構造連成系へ容易に拡張可能と考えられる．本研究の研究成果に基づき，今後は3次元音響構造連成系への拡張や，得られた最適構造に基づく試作品の作製及び実験による音響メタサーフェスの性能の検証が望まれる．

This year, compared with the previous year, the methodology of building a sound system was expanded, and the desired function was demonstrated. It is necessary to consider the influence of incident sound waves in the design of planar periodic arrays of sound waves. In this paper, we first study the dispersion characteristics of multiple points in wave number space, and then investigate the influence of plane wave on negative refraction phenomenon. In the past year, the methodology for constructing a matrix has been expanded, and the optimization problem for controlling the dispersion characteristics of a plurality of points in wave number space has been formulated. The optimal structure of the system was obtained. The acoustic system was designed to match the plane wave acoustic system. The acoustic system was designed to match the plane wave acoustic system. The acoustic system was designed to match the plane wave acoustic system. In this case, the method of constructing acoustic field is the same as that of image, and the transverse wave in dielectric material is ignored. This is similar to the general physical composition of the acoustic structure of the system. The purpose of the methodology of acoustic structure connection is to construct an optimal method for dynamic field analysis. Dynamic equation optimization method is introduced to optimize the structure of the system. The rigidity ratio of the material is 0. The performance of the acoustic material is possible. The methodology is easy to expand. The results of this research are as follows: (1) the fundamental structure of the three-dimensional acoustic system is optimized, and (2) the fundamental structure of the acoustic system is optimized.

项目成果

高周波均質化法とトポロジー最適化による異方性音響メタマテリアルの構造創成設計

利用高频均匀化方法和拓扑优化的各向异性声学超材料结构设计

• 发表时间: 2018
• 期刊: 化学工業
• 作者: Miyaguchi Kohei;Matsushima Shin;Yamanishi Kenji;Kohei Miyaguchi;Kohei Miyaguchi;Kohei Miyaguchi;野口悠暉，西脇眞二
• 通讯作者: 野口悠暉，西脇眞二

動弾性方程式を対象とした高周波均質化法に基づく弾性体メタマテリアルの最適設計

基于动态弹性方程高频均质化方法的弹性超材料优化设计

• 发表时间: 2018
• 作者: Noguchi;Y.;Yamada;T.;Izui;K.;Nishiwaki;S.;山田崇恭;野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二;深田和範，野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二;野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二
• 通讯作者: 野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二

高周波均質化法に基づく異方性音響メタマテリアルのトポロジー最適化

基于高频均匀化方法的各向异性声学超材料拓扑优化

• 发表时间: 2018
• 作者: Noguchi;Y.;Yamada;T.;Izui;K.;Nishiwaki;S.;山田崇恭;野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二;深田和範，野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二;野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二;山田崇恭;野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二;野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二
• 通讯作者: 野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二

Optimum design of anisotropic acoustic metamaterials based on high-frequency homogenization method

基于高频均匀化方法的各向异性声学超材料优化设计

• 发表时间: 2018
• 作者: Noguchi;Y.;Yamada;T.;Izui;K.;Nishiwaki;S.
• 通讯作者: S.

高周波均質化法に基づく所望の分散特性を持つ音響メタマテリアルのトポロジー最適化

基于高频均质化方法的具有所需色散特性的声学超材料拓扑优化

• 发表时间: 2018
• 作者: Noguchi;Y.;Yamada;T.;Izui;K.;Nishiwaki;S.;山田崇恭;野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二;深田和範，野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二;野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二;山田崇恭;野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二
• 通讯作者: 野口悠暉，山田崇恭，泉井一浩，西脇眞二