ポーラスやセル構造のような周期性ミクロ構造の形状・形態を最適化することにより，マクロ構造体の力学特性を所望の特性にコントロールするための構造最適化手法を開発する．２次元と３次元の種々のミクロ構造を想定し，均質化法を用いてマクロ構造と接続する．

成果：

2025年度
マクロ構造中に配置したサブ領域に対して均質化法とSIMP法を適用し、ミクロトポロジーとマクロ形状を同時に求める最適化手法を開発した。
ミクロ構造としてマイクロシェル＆ビーム構造を用い、マクロ構造の変位コントロールを目的したマイクロシェルの形状/寸法最適化手法を開発した。

2024年度
ミクロ構造として２次元ポーラス構造を用い、積層シェルから成るマクロ構造の周波数応答のコントロールを目的した各層と各サブ領域中の全マイクロポアの形状最適化のための手法を開発した．
マクロ構造中に配置したサブ領域に対して均質化法とSIMP法を適用し、ミクロトポロジーを求める最適化手法を開発した。
ミクロ構造としてマイクロシェル構造を用い、マクロ構造の変位コントロールを目的したマイクロシェルの形状/寸法最適化手法を開発した。

2023年度
ミクロ構造としてマイクロラチス構造を用い、マクロ構造の変位コントロールを目的したマイクロラチスの寸法と形状の同時最適化手法を開発した。
ミクロ構造として２次元ポーラス構造を用い、積層シェルから成るマクロ構造の固有振動数最大化を目的した各層と各サブ領域中の全マイクロポア形状を最適化する最適化手法を開発した。
ミクロ構造として２次元ポーラス構造を用い、熱伝導を考慮した熱負荷を受ける線形弾性体の熱応力最小化を目的したマイクロポアの形状最適化手法を開発した。
熱伝導率と構造剛性に関する同時マルチスケールおよびマルチフィジックス トポロジー最適化手法を開発し、熱と機械的コンプライアンスのトレードオフを示した。
マルチスケールトポロジー最適化により、軽量で熱伝導性の多孔質構造の設計パフォーマンスを最大限に引き出すことに成功した。 3 つのトポロジー最適化手法を比較することで、マクロスケールとミクロスケールに大きな影響を与えることが観察され、 多様な微細構造の導入により、軽量化と空間レイアウトが向上し、熱伝導経路が最適化された。 また、所定の異方性熱伝導率を有する微細構造を実現し、 そのメッシュの依存性も示した。更に、高詳細な 3D 最適化設計の実装に成功し、試作と試験を通じて検証した。

３次元ソリッド体に表面力や物体力が作用する場合の表面形状を力学的に最適にすることを目的とする逆問題の解法を研究している．負荷部分の形状や複数の材料から構成される複合ソリッド体の界面の形状の最適化についても研究を進めている．更に，形状最適化でトポロジー最適化の設計領域を最適化しながらトポロジー最適化を行う領域変動型のトポロジー最適化手法の研究も進めている．

成果：

2025年度
超軽量構造設計のため、コーティングされたポーラス構造を考え、その最適形状と最適トポロジーを求める新たな最適化手法を開発中。

2024年度
自己接触スリット部を多数有する固体を想定し、目標とする非線形変位－荷重特性を得ることを目的に、接触スリット部の形状を最適化する手法を開発した。
固体からなる設計対象の補剛のため、固体の表面に無からリブを創生する手法を、領域変動型トポロジー最適化手法を利用して開発した。

2023年度
切り紙構造の力学特性のコントロールを目的にした最適化手法を開発中である。その一環として、切り紙構造の展張に伴う不安定現象を非線形FE解析で再現した。

複合材料の一つである直交異方性材料に注目し，その配向角を設計変数に，板・シェル構造の力学特性の向上を図るための最適設計手法の開発とその実構造への応用を行っている．配向角は場所ごとに自由にその向きを変えることができるものとし，その滑らかな最適配向角分布を求めている．形状最適化との組み合わせににより，より高性能な構造設計が可能となる．得られた構造は製造性を考慮しながら３Dプリンターで製造するが，そのための設計制約条件も検討する．

成果：

2025年度
3DプリンターによるCFRPシェル製造のための繊維束配置最適化手法と曲面CFRPシェル製造のための平面展開手法の開発した。

2024年度
最適繊維配向を求めるラグランジュ型手法を曲面構造へ適用し、その試作のための平面展開手法を開発中。

2023年度
計算で得られた繊維の曲線配向を３Dプリンターで試作するための生産手法の開発を行った．

2022年度
繊維の曲線配向のためのオイラー型とラグランジュ型の最適化手法を開発した。我々はオイラー型手法を周波数応答問題へ適用し、その効果を数値的、実験的に確認した。ラグランジュ型手法は長繊維だけでなく、短繊維へもできることが特徴である。

材料のナノレベルでの力学状態は材料強度発現の根源的機構を記述するのみにとどまらず，化学的特性，電磁気学的特性の面からも重要である．本研究では材料中のナノレベル応力を電子論に基づく第一原理計算から評価できる第一原理局所応力法を開発し，その妥当性，適用可能性を明らかとする．

成果：

2025年度
特に成果無し

2024年度
表面再構成したfcc(110)表面における原子応力分布を明らかとした

2023年度
構築した機械学習ポテンシャル原子応力計算を鉄の粒界割れシミュレーションに適用し，き裂近傍応力場の高精度評価に成功した．

2022年度
機械学習ポテンシャルでの原子応力計算手法を構築し，第一原理計算を定性的に再現する精度で計算可能であることを鉄表面・アルミ表面上で確認した．

金属ガラスの変形素子はその不均一構造から抽出が難しく，それによる塑性変形メカニズムは解明されていない．本研究では，分子動力学等の原子シミュレーションを通じて変形素子と変形機構の解明を目指す．

成果：

2026年度
原子凍結法により，金属ガラス内部の変形素子を解明した．

2023年度
第一原理計算により，金属ガラスにおける内部応力状態を得た．