トポロジー設計による機能創成へのチャレンジ

摘要

重量を増加させることなく構造物の剛性や強度を増大するために，梁や板·シェルなどの最適な構造物の断面形状の寸法や形状などを求めることが，航空機の翼や機体，また大型の土木·建築構造物の設計には非常に重要な課題である．このため1950年代の後半からCAEで中心的な役割を果たしている有限要素法などの解析手法を前提にした構造物の最適設計法として精力的に研究され，1980年代の初めには，最適設計のための汎用コードが欧米の航空機産業を中心に開発され，現在では構造物のみならずシステムの最適化も可能にする汎用のCAEソフトとして一般的になっている．このような最適化手法は，設計要件を満たすように既存の設計案を変更することや，軽量化やパフォーマンス向上の代案を考え出すために広く用いられて来たが，断面の寸法や形状の設計のみならず，構造物の形態（トポロジー）設計法がBendsoe and Kikuchiによって紹介された80年代後半からは，望まれる機能を創成するための手法としても注目を浴びるようになった．ここでは構造物の形態（トポロジー）設計法が持つ可能性を樹脂成形と絡め，様々な部品や構造物に，従来では想定出来なかった新しい機能を埋め込み，簡単に模倣出来ないというようなものづくりを目指すことが可能になる可能性を持った最適化手法を紹介したい．