領域有限要素法と接続部材反力推定を用いた船舶全体構造の最適化に関する研究

船舶整体结构域有限元优化及连接构件反力估计研究

• 批准号: 21H01546
• 负责人: 北村 充
• 金额: $ 4.74万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01546/
• 关键词: 領域有限要素法; 接続部材反推定; 強化学習最適化; 船体構造解析; 領域有限要素; 構造最適設計; 船体構造; 接続部材反力推定; 最適化; 船舶構造

領域有限要素法の並列化に向けて，より高速で適切な反復計算法を検討した．準ニュートン法は，BFGS法などで定めた探索方向に一変数探索を実施し，最小点を求める方法である．目的関数とする全ポテンシャルエネルギーは更新量の２次関数になるため，3回の計算により最小点が得られることを確認した．これより，BFGS法などの探索方向決定法と一変数探索の組み合わせが適切であることが判明した．構造最適化には応力の制約条件があり，領域有限要素法の応力算出において，計算時間と記憶領域が膨大になってしまう課題がある．検討中の構造最適化計算では，同一設計変数がカバーする全領域の応力を求める必要はなく，主要部のみの応力を求めれば良いことが確認され，主要部に含まれる内部節点の消去を終盤に実施することにより，本目的を達成できることに帰着した．部材単位の最適化実施のために，接続部材反力を推定する方法を検討した．有限要素解析で得た変位から節点力を求め，その後，境界応力を求めることが可能であるが，シェル要素の場合，要素辺に分布する境界力の積分値が節点力になるため，節点力を各辺に作用する分布荷重成分に分配することが問題となる．要素中央の応力値を用いることにより適切な分布荷重成分の分配量を得る方法を確立した．

研究了一种更快，更合适的迭代计算方法，以平行域有限元方法。准Newton方法是一种通过在由BFGS方法等确定的搜索方向上执行一项变量搜索来查找最小点的方法。由于作为目标函数的总势能是更新量的二次函数，因此可以确认可以通过三个计算来获得最小点。这表明搜索方向确定方法（例如BFGS方法和单变量搜索）的结合是适当的。结构优化涉及应力限制，存在一个问题，即使用区域有限元方法计算应力时，计算时间和记忆区域是巨大的。在所考虑的结构优化计算中，证实无需确定相同设计变量所覆盖的所有区域的应力，并且足以仅获得主要部分的应力，并且可以通过消除最终中主要部分中包含的内部节点来实现这一目标。为了实施每个构件的优化，研究了一种估计连接成员反作用力的方法。可以从有限元分析中获得的位移中计算出节点力，然后确定边界应力。但是，在壳元素的情况下，分布在元素侧的边界力的集成值变成节点力，因此问题是将节点力分配到作用于两侧的分布式负载组件。已经建立了一种方法来通过使用元素中心的应力值获得分布式负载组件的适当分布量。

项目成果

Study on Optimal Design of a Folding-Type Hatch Cover Considering Material Selection

考虑材料选择的折叠式舱口盖优化设计研究

• DOI: 10.5957/jspd.12190063
• 发表时间: 2021
• 期刊: JOURNAL OF SHIP PRODUCTION AND DESIGN
• 影响因子: 0.4
• 作者: Gerry Liston Putra; Mitsuru Kitamura; Akihiro Takezawa
• 通讯作者: Akihiro Takezawa

Universitas Indonesia(インドネシア)

印度尼西亚大学（印度尼西亚）

Design optimization of functionally graded lattice infill total hip arthroplasty stem for stress shielding reduction

用于减少应力屏蔽的功能梯度网格填充全髋关节置换术柄的设计优化

• DOI: 10.1177/09544119221075140
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine
• 作者: Nomura Jumpei;Takezawa Akihiro;Zhang Heng;Kitamura Mitsuru
• 通讯作者: Kitamura Mitsuru

微圧縮超弾性体の大変形解析に適用できるシェル要素の定式化

适用于微压缩超弹性体大变形分析的壳单元公式

• 发表时间: 2021
• 作者: 林諒汰;金野祥久;山本剛大，山田貴博
• 通讯作者: 山本剛大，山田貴博

Design of Sandwich Panel Structure by 2 Step Optimization of Fully Stressed Design and Genetic Algorithm

全应力设计和遗传算法两步优化设计夹芯板结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Shin Sasaki;Mitsuru Kitamura;Akihiro Takezawa
• 通讯作者: Akihiro Takezawa