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北山, 哲士 ; Kitayama, Satoshi
概要:
金沢大学理工研究域機械工学系<br />本研究では薄板材の深絞り加工を対象に，成形中に材料を押さえる力であるブランクホルダー力を制御しつつ，成形後の耳が最小となるようなブランク形状の同時最適設計法を提案した．提案手法の基礎的検討を行うため，
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角筒を対象に可変ブランクホルダー力とブランク形状の最適設計を行い，サーボプレスで検証実験を行った．次に，複雑形状を対象に，シミュレーションで分割ブランクホルダー力とブランク形状の同時最適設計を行い，サーボプレスで検証実験を行い，整合性の高い結果を得た．自動車部品等の複雑な成形品に対し，成形不良なく成形するためには分割可変ブランクホルダー力は有効な成形法の一つであることを示すことができた．<br />Blank holder force (BHF) is one of the important process parameters for successful sheet metal forming. Variable blank holder force (VBHF), that the BHF varies through the forming process, is recognized as an advanced forming technology. It has also been reported that segmented VBHF (S-VBHF) is valid to a complex shape forming, but the optimal S-VBHF trajectories are rarely discussed. In addition to BHF, blank shape has an influence on the product quality. The blank shape minimizing the earing is still an important issue in sheet metal forming. Simultaneous optimization of both segmented VBHF trajectories and blank shape is proposed in this research. Numerical simulation in sheet metal forming is so intensive that a sequential approximate optimization is adopted for the simultaneous design optimization. Based on the numerical result, the experiment using a servo press is carried out. It has been confirmed from the numerical and experimental result that the proposed approach is valid.<br />研究課題/領域番号:26420076, 研究期間(年度):2001-2003
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北山, 哲士 ; Kitayama, Satoshi
概要:
先進的な加工法として，成形加工中における材料を抑えるブランクホルダー力を適切に調整する可変ブランクホルダー力による加工法がある．この加工法で最も重要なことは，加工過程で材料に発生するしわ・割れを抑制するような可変ブランクホルダー力の最適軌道
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を設計することである．本研究では，角筒深絞り加工を対象に，しわと割れを目的関数とした多目的最適設計問題を構築し，多目的逐次近似最適化法を用いて可変ブランクホルダー力の最適軌道を求めた．<br />In sheet metal forming, it is important to adjust the blank holder force (BHF). Low BHF causes wrinkling, whereas high BHF result in tearing. Variable BHF (VBHF) approach that the BHF varies through the punch stroke is one of the attractive forming techniques. Unfortunately, the VBHF is unknown in advance, and the determination of the VBHF using numerical simulation is valid. Numerical simulation in sheet forming is so expensive that a sequential approximate optimization (SAO) is beneficial.In this research, in order to determine the VBHF trajectory, an optimization problem is constructed. We determine the optimal VBHF trajectory to avoid the tearing and wrinkling for square cup deep drawing. Thus, a multi-objective optimization (MOO) is constructed for this purpose. A sequential approximate multi-objective optimization method is developed and applied to the MOO problem. Through numerical simulation, the proposed approach is so effective.<br />研究課題/領域番号:23760134, 研究期間(年度):2001-2004
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北山, 哲士 ; Kitayama, Satoshi
概要:
本研究では, RBFネットワークを用いた応答曲面法と大域的最適化法を組み合わせた最適設計支援システムに関する研究を行った. 応答曲面近似に用いるRBFネットワークでは, 近似精度に大きな影響を与えるパラメータについて, 十分条件を導きだし,
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パラメータを決定する指針を与えた. RBFネットワークによる応答曲面近似と多点同時探索型手法の一つであるParticle Swarm Optimization(PSO)による応答曲面の最適解探索を組み合わせた統合的最適設計支援システムを開発した.<br />研究課題/領域番号:19760062, 研究期間(年度):2001-2005<br />出典：「RBFネットワーク近似と大域的最適化法による統合最適設計支援システムの構築と実証」研究成果報告書 課題番号19760062（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-19760062/19760062seika/)を加工して作成
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尾田, 十八
概要:
本研究は,自然・生態系と調和した新しい材料,構造,機器,システム等の創生法を,生物に学ぶことによって確立することを目的としている.その方法は多様な生物の中で,特異性を有する生物にまず注目する.本研究では動物の例として繰返し衝撃負荷に耐える「
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キツツキ」を,植物の例としては,軽量であるが不燃性を示す「桐材」に注目した.そしてこれらの特性がどのようなメカニズムによって生じているのかを,主として力学的視点より明らかにした.これらの結果と,代表者らがすでに行って来ている竹や卵殻の構造・組織分析結果を含め,新しい構造設計および材料設計法の基本原理を提示した.<br />研究課題/領域番号:18206014, 研究期間(年度):2006–2009
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山崎, 光悦 ; Yamazaki, Koetsu
概要:
本研究では,アクチュエータとセンサーを組み込んだ形状可変トラス・モジュールを数十段組み上げた実用的な規模の適応構造の実時間での軌跡制御,姿勢制御の実現およびその応用を目的として研究を進め,以下のような成果を得た. 1. 形状可変トラス構造の
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自律規範獲得法の開発……可変長部材を含むトラス部分構造モジュールを直列に組立てた二次元および三次元形状可変トラス構造を対象として,種々の位置,方向の静的負荷(作業ベクトル)に対して初期姿勢からの先端の移動軌跡を与えたときに,各トラスモジュールの局所情報より各部材長の変更量,最適な移動過程,最終姿勢制御量を決定するための自律規範,局所的な制御則を創発的に自動生成するためのモデルを遺伝的プログラミングを利用して構築した.その自動生成された自律規範を用いて種々の初期姿勢からの移動過程,最終姿勢決定の有限要素シミュレーションを実施し,提案した自律規範生成モデルの有効性を確認した.また制御目的に最大剛性と制御エネルギ最小の両方を考慮した制御則獲得についても検討した. 2. 動的負荷に対する形状可変トラス安定化自律規範生成モデルの検討…記号センサーとアクチュエー夕,アクティブ・ダンパーを備えたトラス・モジュールを組立てた形状可変トラス適応構造を対象に,各可変部材モジュール近傍のセンサー情報のみから,姿勢移動過程における慣性力による振動,最終姿勢での擾乱による振動を抑制する各ダンパーおよび可変部材の自律制御規範を自動生成するモデル構築を,遺伝的プログラミングを利用して実施した. 3. 形状可変トラス構造の試作……ひずみセンサーを備え,ボールネジとステッピングモータがらなる可変部材ごとに独自に自律分散処理機能を有する5段の形状可変三次元トラス構造と自律制御プログラムを試作した.与えられた負荷方向に対して,複数のCPUによってそれぞれ独立に制御する自律分散型の制御アルゴリズムによって最大剛性姿勢に姿勢変更する制御を試みてその有効性を確認した.<br />(1) Development of Acquisition Technique of Autonomous Distributed Control Rules for Variable Geometry Trusses : A genetic acquisition technique of autonomous distributed control rules has been developed for the posture control of arm-type variable geometry trusses(VGT), which consist of serial connection of unit truss module including variable length member and are applied working load as end effecter. This technique can acquire the control rules automatically which achieve optimum posture for any given initial postures and locus. The validity of the acquired control rules is confirmed by the numericalsimulation of adaptation. (2) Modeling of Autonomous Stabilization Rule of Variable Geometry Truss against Dynamic Loading : A genetic acquisition technique of autonomous distributed control rules of vibration suppression against the disturbance and vibration caused by inertia force during adaptation has been developed for VGT equipped sensors and active dumpers in each module. (3) Construction of Three-Dimensional Variable Geometry Truss : A three-dimensional truss structure which consists of five octahedral truss module of six fixed members and three variable members with sensors is constructed. The variable length members are realized by the ball screw and stepping motor, and the autonomous distributed control has been implemented by sensing the end effecter position by a pair of CCD camera. The validity of the control rule for attaining the maximum stiffness posture has been confirmed experimentally.<br />研究課題/領域番号:08455055, 研究期間(年度):1996–1998, 平成10(1998)年度 科学研究費補助金 基盤研究(B) 研究成果報告書の一部(概要)を掲載.<br />出典：「大規模適応構造の自律分散型姿勢および軌跡制御法の開発と形状可変トラスの試作」研究成果報告書 課題番号08455055 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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山崎, 光悦 ; Yamazaki, Koetsu
概要:
薄肉断面部材で構成される骨組と板殻の組立構造からなる自動車車体構造を対象に,衝突エネルギ吸収安全車体の開発,実験的検証を目的として研究を進め,以下の成果を得た. 1 衝撃エネルギ吸収車体最適構造の設計システムの開発と基本部材の最適化・・・・
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最大軸圧潰力,平均圧潰力,最大加速度などを制約条件に薄板殻組立構造の衝撃吸収エネルギを最大とする最適設計システムを開発し,円筒,角筒などの基本構造についてそのリブ配置や板厚,リブ丈などの諸寸法も設計変数とする場合のエネルギ吸収効果について検討した.その結果,円筒または角筒全体が一つの柱として全体座屈を発生する限界までの円筒,角筒肉厚を増大,半径または一辺の辺長を減少させ,さらに円筒半径,角筒辺長の半分程度の大きなリブを付けることによって吸収エネルギも増大できることを確認した. また厚手の円筒を対象に局部的に板厚を減少させて溝を付けたときのエネルギ吸収効果について,溝の間隔と数,溝深さなどをパラメータとして種々検討を加えた.検討した範囲では溝によって圧潰パターンをある程度制御できるものの,吸収エネルギを大幅に増大できる溝パラメータを見い出すことはできなかった. 2 衝撃吸収安全車体構造の検討・・・・1の最適設計システムを基に,衝撃負荷に対する搭乗者位置での最大加速度,最大圧潰力,重量などの制約条件下で,全衝撃エネルギ吸収能,荷重分散効果を目的関数とする車体主構造モデルの最適化を検討し,車体全体に配置したフレーム構造によって全体の圧潰,エネルギ吸収を実現できる可能性を見い出した.衝撃吸収能のより高い構造の提案には実験,解析による検討が必要である. 3 衝突実験装置の改良と衝撃吸収能の実験的検討・・・・ゴムチューブによる加速により短距離で時速50km/h程度の衝突実験が可能な実験装置を試作した.この衝撃圧潰試験装置を用いて1.のリブ付き円筒や角筒モデルおよび溝付き厚肉円筒の衝撃圧潰実験を種々実施して,ほぼ最適設計結果を実証する実験結果を得た.また,衝撃吸収部材を組立てた車体基本構造モデルを用いた衝突実験を実施して衝撃力分散効果,吸収効果について検討し,2.の設計・解析結果を確認した.しかし最適設計の結果は,いまだ搭乗者の安全性を確保するに十分な衝撃吸収能が得られているとは判断できず,さらなる構造設計の検討が必要である. (1) Development of Optimum Design System for Absorbing Energy Maximization A efficient new technique for structural optimization of highly nonlinear structural behavior is developed by using the technique of design-of-experiment, analysis of variance, response surface approximation and mathematical programming, without sensitivities. The validity of the developed technique is confirmed by applying to basic numerical examples of crashworthiness. (2) Maximization of Dynamic Crushing Energy Absorption of Cylinder and Square Tubes The developed technique has been applied to the maximization design problems of dynamic crushing energy absorption of cylindrical and square tubes under mass and mean crushing force constraints. From the numerical results, maximum energy absorption is attained by increase the thickness and decrease the radius and edge length as much as possible without column bucking. The effect of stiffeners to the energy absorption was also studied, and it is found that the stiffener can reduce the mean crushing force and control the crushing patterns. (3) Crushing Experiment of Energy Absorption Effect Aluminum cylinders were crushed experimentally, and the absorbing energy is measured directly and compared with the results of numerical simulation. A new type of vehicle body structure is also suggested to absorb much crushing energy to prevent passengers from injury.<br />(1) Development of Optimum Design System for Absorbing Energy MaximizationA efficient new technique for structural optimization of highly nonlinear structural behavior is developed by using the technique of design-of-experiment, analysis of variance, response surface approximation and mathematical programming, without sensitivities. The validity of the developed technique is confirmed by applying to basic numerical examples of crashworthiness.(2) Maximization of Dynamic Crushing Energy Absorption of Cylinder and Square TubesThe developed technique has been applied to the maximization design problems of dynamic crushing energy absorption of cylindrical and square tubes under mass and mean crushing force constraints. From the numerical results, maximum energy absorption is attained by increase the thickness and decrease the radius and edge length as much as possible without column bucking. The effect of stiffeners to the energy absorption was also studied, and it is found that the stiffener can reduce the mean crushing force and control the crushing patterns.(3) Crushing Experiment of Energy Absorption EffectAluminum cylinders were crushed experimentally, and the absorbing energy is measured directly and compared with the results of numerical simulation. A new type of vehicle body structure is also suggested to absorb much crushing energy to prevent passengers from injury.<br />研究課題/領域番号:07555344, 研究期間(年度):1995–1997, 平成9(1997)年度 科学研究費補助金 基盤研究(A) 研究成果報告書の一部(概要)を掲載.<br />出典：「衝撃吸収自動車車体構造の開発」研究成果報告書 課題番号07555344(KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
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坂本, 二郎 ; Satakoto, Jiro
概要:
本研究では，機械技術者が新しい設計の発想を得るのに役立つ，生物の３次元形状データからなるデータベースを作成した．様々な動物の骨をCTスキャンして，25種の動物における約200点の骨の３次元形状データを作成した．機械構造の設計では，強度や剛性
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などの力学的な仕様を満足することが要求される．本研究ではデータベースから選んだ生物の３次元形状を単に設計者に示すだけでなく，複数の生物形状を合成して機械構造の力学的仕様に適した最適設計を得る手法も開発した．開発した手法を用いて，ムササビの尺骨（腕の骨）が衝撃荷重を緩和するのに優れた形状であることを示し，杖の最適設計に応用して手法の有効性を明らかにした．<br />In this study, we created a database consisting of three-dimensional shape data of living things to help mechanical engineers to get new design idea. CT scans of bones of various animals were used to generate three-dimensional shape data of about 200 bones in 25 animals. In mechanical design, it is also required to satisfy mechanical specifications such as strength and stiffness. In this research, we not only provide the mechanical engineers the three-dimensional shape of the bone selected from the database, but also developed a method to synthesize multiple bone shapes and obtain an optimal design suitable for the mechanical specification of the structure. Using the developed method, it was shown that the ulna (arm's bone) of the flying squirrel was fine shape to absorb the impact load, and the effectiveness of the method was clarified by applying it to the optimal design of the cane.<br />研究課題/領域番号:16K05972, 研究期間(年度):2016-04-01 - 2019-03-31<br />出典：「機械構造のバイオニックデザインのための生物形態データベース構築とその応用」研究成果報告書 課題番号16K05972（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-16K05972/16K05972seika/）を加工して作成
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北山, 哲士 ; Kitayama, Satoshi
概要:
金沢大学設計製造技術研究所<br />本研究では，プラスチック射出成形における代表的な成形不良である反りとウェルドラインを抑制しつつ，同時にサイクルタイムを改善するため，プロセスパラメータの多目的最適設計を行った．反りの抑制には可変圧力プロ
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ファイルを用い，ウェルドラインに抑制は可変射出速度プロファイルによる成形法が有効であることをシミュレーションと実験により実証した．また，複雑水管を用いれば部品を一様に加熱・冷却でき，サイクルタイムも飛躍的に改善できることも明らかとなった．<br />This research project has performed a multi-objective optimization of process parameters in plastic injection molding using conformal cooling channel, in which variable packing pressure profile was adopted for warpage reduction and variable injection velocity was adopted for weldline reduction. Numerical simulation in plastic injection molding is so intensive that sequential approximate optimization using computational intelligence is used to optimize the process parameters. The optimal process parameters were determined through the numerical simulation. The experiment was also carried out to examine the validity. Through numerical and experimental result, the validity of this research project has been confirmed.<br />研究課題/領域番号:17K06114, 研究期間(年度):2017-04-01 – 2020-03-31<br />出典：「複雑水管経路設計法と金型温度制御による射出成形プロセスパラメータの多目的最適設計」研究成果報告書 課題番号17K06114（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-17K06114/17K06114seika/)を加工して作成
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坂本, 二郎 ; Sakamoto, Jiro
概要:
金沢大学理工研究域<br />平成11年度では,人工股関節の設計に必要とされる変形性股関節症の関節部の3次元形状や骨密度分布等をCT画像やX線写真から求め定量化する方法を確立した.また,そこで得られる骨密度分布を有限要素法による力学解析モデ
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ルに反映させるための手法についても開発を行った.即ち,CT画像とと実物の骨組織とを比較して,画像上の濃淡値と骨密度の関係を求めておくことで,大腿骨上の任意の点における骨密度が明らかとなる.この関係を用いて,大腿骨の形状データより予め作成しておいた有限要素モデルの各要素重心点における骨密度を求め,各要素の力学的特性値に変換して利用する.実際の変形性股関節患者より撮影したCT画像を対象に,本手法を用いて有限要素モデルを作成して,その有効性を確認した.さらに,大腿骨近位部の髄空形状に沿うように従来の人工股関節ステムの形状を修正し,これを挿入した大腿骨の有限要素モデルを用いて周囲の骨に作用する応力を解析した.これらの解析を髄空形状の異なる大腿骨に対しても同様に行い,その影響を比較検討した.その結果,髄空形状が異なる大腿骨についても,その髄空形状に合わせて人工股関節ステムの形状を修正することで,ほぼ同様な応力分布が得られることが明らかとなった.平成12年度では,患者個別の解析モデルを速やかに作成するための方法について検討し,各CT断面間の分割作業を半自動化することで,より効率の良いモデル作成を可能とした.また,大腿骨近位部における髄腔占拠率がより高い人工股関節ステムを新たに設計し,11年度と同様の条件で応力解析を行い,その違いについて検討した.この解析より,髄腔占拠率の高いステムを有するモデルの方が大腿骨近位部における応力が一様に大きく,生体力学的にもより好ましいことが明らかとなった.以上のような結果が得られたことから,本研究で開発したシステムの有効性が確認された.<br />研究課題/領域番号:11750074, 研究期間 (年度):1999 – 2000<br />出典：「人工関節の病状適応型最適設計システムの開発」研究成果報告書 課題番号11750074（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （ https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-11750074/ ）を加工して作成
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