マルチマテリアル3D-printerでつくる未来の社会インフラ設計法の開発

使用多材料3D打印机开发未来社会基础设施设计方法

基本信息

批准号：
20J20977
负责人：
渡邉大貴
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

複数の異なる材料を適材適所で用いるマルチマテリアル化と，複雑な形状でも容易に造形できる３Ｄ－ｐｒｉｎｔｅｒによるものづくりは，これからの新しい製造・生産システムを担う革新的な技術であり，これを社会インフラ構造物の施工にも応用する試みが世界的に進められている．本研究は，土木構造物をはじめとする社会インフラ・構造物の破壊を防ぐために，複数の異種材料を活用してそれを可能にする仕組みを見出し，それをマルチマテリアルトポロジー最適化手法の発展系として新たな枠組みを構築するものである．２０２２年度は，３年間の研究計画の最終年度ということで，理論およびその実装の取りまとめを行った．具体的には，各固体材料および材料界面の強度を考慮したマルチマテリアルトポロジー最適化手法を開発し，その性能検証を行った．その際，評価する等価応力の値について，固体材料には等方性のフォン・ミーゼス応力を仮定した．その一方で，材料界面には引張・圧縮非対称応力規準を採用し，より現実に近い界面を再現した状態で最適化計算を行った．また，応力制約付きトポロジー最適化問題で生じる，特異点問題と呼ばれる問題に対して，それを緩和するための手法を新たに提案した．本提案手法で得られる形状は，界面および固体材料の最大応力値を制御し，構造の安定性を向上させるのに有効であることが確認できた．ここまでの成果については，すでに論文を執筆し，国内外での研究発表を行っている．

使用多种物质化的制造在正确的位置使用多种不同的材料，并且可以轻松地创建复杂形状的3D打印机是一项创新的技术，它将负责未来的新制造和生产系统，并且正在全球范围内尝试将其应用于社会基础设施结构的构建。这项研究发现了一种机制，可以通过利用多种不同的材料来防止社会基础设施和结构（包括土木工程结构）的破坏，并构建一个新框架作为多物质拓扑优化方法的演变。 2022财年是三年研究计划的最后一年，该理论及其实施已汇编。具体而言，开发了一种多物质拓扑优化方法，该方法考虑了每种固体材料和材料界面的强度，并验证了性能。在这种情况下，认为要评估的等效应力值被认为是固体材料的各向同性von mises应力。另一方面，材料界面采用了拉伸和压缩不对称的应力标准，并在重现更接近现实的界面时进行了优化计算。我们还提出了一种新方法，以减轻在压力约束拓扑优化问题中发生的称为奇异性问题的问题。已经证实，通过该提出的方法获得的形状有效控制界面和固体材料的最大应力值，并改善了结构的稳定性。到目前为止，他已经写了一篇有关结果的论文，并在国内和国际上发表了研究。