研究成果

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リンク機構のトポロジー最適化

リンク機構を表現するための数理モデルを開発しました。これにより、リンク機構（ジョイントとリンクの形状と配置）の自動設計が可能になりました。

リンク機構のトポロジー最適化（赤色：リンク、青色：ジョイント）

研究論文

  • Sayo, Y., Yamada, T., Topology optimization of link mechanisms for comprehensive synthesis of component arrangement and structure using micropolar elasticity model, Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol.67, (2024.11), No. 190. DOI.
  • 小夜結利花，山田崇恭, トポロジー最適化とマイクロポーラ弾性体の考え方に基づくリンク機構の構想設計法, 日本機械学会論文集, Vol.89, No.927, (2023.11), p.23-00082. DOI.日本機械学会賞受賞

    • 負のポアソン比、負の熱膨張を持つ複合材料設計

    近年、メタマテリアルと呼ばれる自然界に存在する均質材が示さないような特異な特性を示す人工材料が注目されています。

    負のポアソン比を持つ材料構造の創成設計例

    研究論文

  • Akamatsu, D., Matsushima, K., Yamada, Optimal design of cavity-free mechanical metamaterials exhibiting negative thermal expansion, International Journal of Mechanical Sciences, Vol.283, (2024), No. 109693. DOI.
  • Akamatsu, D., Noguchi, Y., Matsushima, K., Sato, Y., Yanagimoto, J., Yamada, T., Two-phase topology optimization for metamaterials with negative Poisson’s ratio, Composite Structures, Vol. 311, (2023), No.116800. DOI.

    • 組立性を考慮したトポロジー最適化

    本研究室では、工学的観点からも最適と言える設計解を創成する方法論を構築するために、生産工程や組立工程な度、実際のものづくりにおいて要求される設計要件を考慮した、真のトポロジー最適化法の開発を行っています。

    組立性を考慮した複数部材トポロジー最適化（組立後の製品性能が最大となる形状を設計し、各パーツは組立分解ができることを制約条件として与えている）

    研究論文

  • Feng. Y., Yamada, T., Multi-material topology optimization for additive manufacturing considering maximum build volume and assembly process, Engineering Analysis with Boundary Elements, Vol.163, (2024), pp.616-640. DOI.
  • Hirosawa, R., Noda, M., Matsushima, K., Noguchi, Y., Yamada, T., Multicomponent topology optimization method considering stepwise linear assemblability with a fictitious physical model, Computer aided Design, Vol.166, (2024), p.103628. DOI.

    • 音響メタマテリアルのトポロジー最適化

    本研究室では音波や弾性波を中心とした波動伝搬問題や、熱伝導問題、流体問題等の幅広い物理現象を対象とし、これまでにない機能やメカニズムを示すメタマテリアルの創成を行っています。このために、メタマテリアルの性能を効率的に評価可能な均質化法を中心としたマルチスケール解析法を導入し、トポロジー最適化を行っています。

    音響メタマテリアルの創成設計例

    研究論文

    積層造形（3Dプリンタ）による製造要件を考慮したトポロジー最適化

    トポロジー最適化では、数学的、力学的根拠に立脚した設計解を創成できるものの、幾何学的に複雑な部分構造を持つ形状が最適設計解となる場合が多い。そのため、製造工程や組立工程等を考慮した場合、トポロジー最適化により得られる設計解は、工学的に適切な設計解ではなく、工学的観点からは最適設計解とは言えない。本研究室では、工学的観点からも最適と言える設計解を創成する方法論を構築するために、生産工程や組立工程等の、実際のものづくりにおいて要求される設計要件を考慮した、真のトポロジー最適化法の開発を行っています。

    金属積層造形を前提とた閉孔排除制約付きトポロジー最適化（金属3Dプリンタの代表格であるパウダーベッド方式では、金属粉を取り除く必要があるため、金属粉が取り除ける形状である条件を加えて、トポロジー最適化を行った。）

    主な研究論文