Design method of MD cell structure with free curved surface

自由曲面MD细胞结构设计方法

• 批准号: 22K03842
• 负责人: 牧野 武彦
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03842/
• 关键词: セル構造体; 分子動力学計算; 自由曲面; 設計; 機械学習

3Dプリンタ以外では造形不可能なセル構造体を始めから設計するには，節点をどのように決めるかが問題となる．空間充填する格子点を節点とする方法では，セル構造体のバリエーションに限りがある．MDセル構造体は，MD計算で求めた原子位置を節点位置とみなして，それらを梁（ビーム）で結んだセル構造体である．これまで外形が立方体である原子配置を初期構造として，MD計算に用いる原子間ポテンシャルを複数設定し，その適用位置を適宜変え，MD計算中で引張や圧縮変形を行った後の原子配置を節点位置としてMDセル構造体のバリエーションを生成してきた．本研究では，大きな構造体の構成要素としての形状を重視し，平行六面体が最終的な形状である300種類以上のMDセル構造体を，膨張・収縮を表現するポテンシャルと，MD計算中の圧縮変形だけを用いて作成し，3Dプリンタで造形後，実際の圧縮試験を行った．この圧縮強度の結果を目的変数，MDセル構造体のビームの長さ・角度の分布などを説明変数として機械学習したモデルによって多くのバリエーションのMDセル構造体の中から高い強度をもつと予想したものを選び出し，実際に造形して圧縮強度を調べたところ，300の結果の中でも最高レベルの強度が実際に得られることを示した．さらに，外形が任意の曲面となる，自由形状を持つMDセル構造体の設計手法の構築を目指した．曲面を表現する三角要素の頂点などから成る点群のうち，固定する点と三角形の面内でのみ位置を変える点にポテンシャルを適用し，曲面を保持したままポテンシャルに従って安定な構造が得られることを確認し，さらに，この曲面の層2つで，すべての点が自由に動く層を挟んで，曲面層を近づけていくことによって，任意の曲面をもつ多層のMDセル構造を作成することに成功した．曲面層の適切な間隔はポテンシャルエネルギー最低の条件で決めることができた．

3 d プ リ ン タ outside で は plastic impossible な セ ル constructs を beginning め か ら design す る に は, node を ど の よ う に definitely め る か が problem と な る. Space filling す る lattice point を node と す る method で は, セ ル constructs の バ リ エ ー シ ョ ン に limit り が あ る. MD セ ル constructs は, MD calculated by で め た atomic を node location と み な し て, そ れ ら を beam (ビ ー ム) で knot ん だ セ ル constructs で あ る. こ れ ま で が cube shape で あ る atomic configuration を early tectonic と し て, MD に calculated using い る interatomic ポ テ ン シ ャ ル を plural setting し そ を の applicable position is appropriate - え, MD calculations で extension and や 圧 shrink - line shape を っ た の atomic configuration after を node location と し て MD セ ル constructs の バ リ エ ー シ ョ ン を generated し て き た. This study で は, big き な constructs の elements と し て の shape を し, parallelepiped が eventually な shape で あ る more than 300 kinds の MD セ ル constructs を, swelling, 収 shrinkage performance を す る ポ テ ン シ ャ ル と, MD calculations の 圧 shrink - shaped だ け を with い て し consummate, 3 d プ リ ン タ で plastic, Actual compression test を line った. こ の 圧 shrink strength の results を purpose - number, MD セ ル constructs の ビ ー ム の long さ の distribution, Angle な ど を と - number し て rote learning し た モ デ ル に よ っ て more く の バ リ エ ー シ ョ ン の MD セ ル constructs in the の か ら high-strength い を も つ と to think し た も の を choose び し, be interstate に plastic し て 圧 shrinkage intensity を adjustable べ た と こ ろ, Among the 300 results, the で で was the highest, the レベ <s:1> was the strongest, the が was the most intense, and the に was the られる に とを とを とを とを とを showed the た. Youdaoplaceholder0, shape が, arbitrary <s:1> surface となる, free shape を holding た MDセ, <s:1> structural body <s:1> design method <e:1> construction を eye finger た. Surface を performance す る triangle elements の vertex な ど か ら into る point group の う ち, fixed す る point と triangle の in-plane で の を み position - え る point に ポ テ ン シ ャ ル を applicable し, surface を keep し た ま ま ポ テ ン シ ャ ル に 従 っ て settle な tectonic が have ら れ る こ と を confirm し, さ ら に, こ の の surface layer 2 つ で, す べ て の point が に く layer を carry ん で, surface layer を nearly づ け て い く こ と に よ っ て, arbitrary の surface を も つ multilayer の MD セ を ル structure made す る こ と に successful し た. Surface layer の appropriate な interval は ポ テ ン シ ャ ル エ ネ ル ギ ー minimum の conditions should め で る こ と が で き た.