石原 大輔 (イシハラ ダイスケ)

ISHIHARA Daisuke

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職名

准教授

研究室住所

福岡県飯塚市川津680-4

研究分野・キーワード

計算科学、計算力学

出身大学 【 表示 / 非表示

  • 1998年03月   大阪大学   基礎工学部   機械工学   卒業   日本国

出身大学院 【 表示 / 非表示

  • 2003年03月  東京大学  工学系研究科  システム量子  博士課程・博士後期課程  修了  日本国

  • 2000年03月  東京大学  工学系研究科  システム量子  修士課程・博士前期課程  修了  日本国

取得学位 【 表示 / 非表示

  • 東京大学 -  博士(工学)  2003年03月

学内職務経歴 【 表示 / 非表示

  • 2019年04月
    -
    継続中

    九州工業大学   大学院情報工学研究院   知的システム工学研究系   准教授  

  • 2008年04月
    -
    2019年03月

    九州工業大学   大学院情報工学研究院   機械情報工学研究系   准教授  

専門分野(科研費分類) 【 表示 / 非表示

  • 計算力学

  • 機械材料・材料力学

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Finite element analysis of a thin piezoelectric bimorph with a metal shim using solid direct-piezoelectric and shell inverse-piezoelectric coupling with pseudo direct-piezoelectric evaluation

    Ramegowda P.C., Ishihara D., Takata R., Niho T., Horie T.

    Composite Structures    245   2020年08月  [査読有り]

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    © 2020 Elsevier Ltd A thin triple-layer piezoelectric bender, also known as a piezoelectric bimorph with a metal shim, consists of an elastic layer (metal shim) sandwiched between two piezoelectric layers. It is one of the most commonly used piezoelectric composite structures in both sensing and actuation applications. Therefore, this study deals with the coupled piezoelectric-structure interaction analysis of a thin piezoelectric bimorph with a metal shim. In this work, the best features of the solid and shell elements were combined to analyze the piezoelectric and structural fields, respectively, in a thin piezoelectric bimorph with a metal shim. This approach addresses the shortcomings of using a single finite element mesh for both the piezoelectric and structural fields. A transformation method using the block Gauss-Seidel algorithm is employed to exchange the variables between solid direct-piezoelectric and shell inverse-piezoelectric analyses. The metal layer can be analyzed as an elastic body with electrical boundary conditions. A pseudo direct-piezoelectric evaluation method for the metal shim in the piezoelectric analysis is proposed. This method allows us to reuse the existing piezoelectric analysis program, where the metal shim is analyzed as the pseudo direct-piezoelectric material in a single analysis procedure. The homogenization method for the evaluation of bending rigidity and mass is used for modeling the single shell structure in the inverse-piezoelectric analysis of a thin piezoelectric bimorph with a metal layer. Numerical results are given for various electrical configurations of actuators and sensors to validate the present method. Comparison with an exact solution illustrates the accuracy, efficiency, and capability of the developed solid direct and shell inverse-piezoelectric analysis coupled with a pseudo direct-piezoelectric evaluation method to capture the sensor and actuator response of a thin piezoelectric bimorph with a metal shim.

    機関リポジトリ DOI Scopus

  • Hierarchically decomposed finite element method for a triply coupled piezoelectric, structure, and fluid fields of a thin piezoelectric bimorph in fluid

    Ramegowda P.C., Ishihara D., Takata R., Niho T., Horie T.

    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering    365   2020年06月  [査読有り]

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    © 2020 Elsevier B.V. This paper proposes a numerical method for analyzing a thin piezoelectric bimorph in fluid. A hierarchically decomposed finite element method (FEM) is proposed for modeling the triply coupled piezoelectric-structure–fluid interaction. The electromechanical coupling (piezoelectric-structure interaction) behavior in a thin piezoelectric bimorph is described by the classical constitutive equation, the incompressible fluid flows by the Navier–Stokes equation and the structure by the Cauchy equation of motion. The piezoelectric-structure–fluid interaction system is decomposed into subsystems of fluid–structure interaction (FSI) and piezoelectric field, then the piezoelectric field and the FSI are coupled using the block Gauss–Seidel method, the fluid–structure interaction is split into the fluid–structure velocity field and the pressure field using an algebraic splitting and the fluid–structure velocity field is partitioned into fluid velocity field and structure velocity field. Using the proposed method, the resonance characteristics of a piezoelectric bimorph cantilever made of PVDF and PZT-5H material in fluid are investigated for actuation and sensor configurations.

    DOI Scopus

  • 電気結合係数の大きな圧電材料によるバイモルフ型アクチュエータに対する解析方法の比較検討

    石原 大輔,熊谷 武尊,相川 昇壱,プラカシャ チガハリ ラメゴウダ,二保 知也,堀江 知義

    第32回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集      75 - 76   2020年05月

  • 炭素繊維複合材およびドライクロスの誘導加熱解析

    中村俊太,堀江知義,二保知也,石原大輔

    第32回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集      65 - 70   2020年05月

  • Element-quality-based stiffening for the pseudoelastic mesh-moving technique

    Ishihara D., Goto A., Onishi M., Horie T., Niho T.

    International Journal of Computational Methods    17 ( 4 )   2020年05月  [査読有り]

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    © 2020 World Scientific Publishing Company. In this study, element-quality-based stiffening (EQBS) was developed as a method of maintaining mesh quality in the pseudoelastic mesh-moving technique. The proposed EQBS technique increases the stiffness of the element based on two element quality parameters, the element area and shape; this differs from techniques used in previous studies. Importantly, EQBS includes the previously proposed Jacobian-based stiffening (JBS) and minimum height-based stiffening (MHBS) techniques as a specific case. Therefore, it is quite general scenario of the selective stiffening of the mesh. The proposed EQBS technique was applied to the mesh-moving of a rectangular domain including a structure consisting of a square and a fin that undergo large translations and rotations. The proposed EQBS technique showed better performance than JBS on test problems with large translations and rotations applied to the structure. This is because EQBS considers the shear deformation of the element in addition to the tensile and compressive deformations.

    機関リポジトリ DOI Scopus

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口頭発表・ポスター発表等 【 表示 / 非表示

  • 構造‐圧電‐回路連成現象に対する有限要素解析手法の提案

    高田 黎

    第32回計算力学講演会(CMD2019)  2019年09月  -  2019年09月   

  • 抵抗スポット溶接の接触変形・電流・熱伝導3 連成解析における変形効果の重要性

    二保知也

    第32回計算力学講演会(CMD2019)  2019年09月  -  2019年09月   

  • Finite element modeling of flexible piezoelectric energy harvester operating in air

    Prakasha Chigahalli RAMEGOWDA

    第32回計算力学講演会(CMD2019)  2019年09月  -  2019年09月   

  • 昆虫羽ばたき翼に生じるキャンバー生成のピクセルモデリング

    大西 南斗

    第65回理論応用力学講演会・第22回土木学会応用力学シンポジウム  (北海道大学)  2019年06月  -  2019年06月   

  • 薄く柔軟な複合材圧電バイモルフのソリッド圧電‐シェル逆圧電分離反復型解法

    石原大輔

    第24回計算工学講演会  (ソニックシティ(大宮))  2019年05月  -  2019年05月    (一社)日本計算工学会

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講演 【 表示 / 非表示

  • Design of micro flexible wing mimicking insect flapping flight using fluid-structure interaction analysis

    JSME-KSME Joint Symposium on Computational Mechanics & CAE 2017 ( BEXCO, Busan, Korea )  2017年05月26日 

  • 昆虫羽ばたき飛行への流体構造連成アプローチ

    羽ばたき飛行に関する研究会 ( 東京大学 )  2015年11月10日  東京大学大学院工学系研究科システム創成学専攻吉村・藤井研究室,東京大学人工物工学研究センター山田研究室

  • Hierarchically decomposed finite element analysis of the structure-fluid-electrostatic interaction

    KSME-JSME Joint Symposium on Computational Mechanics & CAE 2015 ( Waseda University, Tokyo )  2015年10月26日  Japan Society of Mechanical Engineers (JSME)

  • Fluid-structure interaction analysis for the aerodynamic contribution to the passive pitching motion of dipteran flapping wings

    The 8th Asian-Pacific Conference on Biomechanics ( Sapporo Campus of Hokkaido University, Sapporo, Japan )  2015年09月17日 

  • 非圧縮性流体‐構造連成の整合プロジェクション解法

    第62回理論応用力学講演会 ( 東京工業大学大岡山キャンパス )  2013年03月06日 

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学術関係受賞 【 表示 / 非表示

  • 計算力学技術者(CAE技術者)上級アナリスト

    2020年04月01日   一般社団法人日本機械学会   日本国

    受賞者:  石原大輔

  • 日本計算力学連合フェロー賞

    2019年12月19日   日本計算力学連合   日本国

    受賞者:  石原大輔

  • Student Presentation Award of JSST2018 (supervisor)

    2018年10月07日   Japan Society for Simulation Technology   日本国

    受賞者:  Minato Onishi

  • 平成29年度溶接学会論文賞(共著)

    2018年04月25日   一般社団法人溶接学会   日本国

    受賞者:  二保知也,堀江知義

  • Student Presentation Award of JSST2016 (supervisor)

    2017年03月   Japan Society for Simulation Technology   日本国

    受賞者:  Prakasha Chigahalli Ramegowda

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科研費獲得実績 【 表示 / 非表示

  • マルチフィジクス・マルチシステム強連成解析による1mmの昆虫規範型MEMS飛行体

    基盤研究(B)

    研究期間:  2020年04月  -  2023年03月

    研究課題番号:  20H04199

  • エネルギーハーヴェスティングのマルチフィジクス・マルチシステム強連成解法

    特別研究員奨励費

    研究期間:  2019年04月  -  2022年03月

    研究課題番号:  19F19379

  • マルチフィジクス強連成解析による昆虫規範型MEMS飛行体の開発

    基盤研究(B)

    研究期間:  2017年04月  -  2020年03月

    研究課題番号:  17H02830

  • 1mmの2.5次元構造は飛翔できるか?~マルチフィジクス計算力学による挑戦

    基盤研究(C)

    研究期間:  2014年04月  -  2017年03月

    研究課題番号:  26390133

  • ハイブリッド強連成解析に基づくマイクロマシンの汎用マルチフィジクスシミュレータ

    若手研究(B)

    研究期間:  2011年04月  -  2014年03月

    研究課題番号:  23760078

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受託研究・共同研究実施実績 【 表示 / 非表示

  • JST研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)(AS251Z00433K)養殖魚管理用水中ロボット「海の牧羊犬」の実用化研究

    受託研究

    研究期間:  2013年08月  -  2014年03月

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    研究成果最適展開支援プログラムフィージビリティスタディステージ探索タイプ
    (A-STEP)

  • JST研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)(AS231Z01147A)マイクロマシンの構造-流体-静電界相互作用シミュレーションのためのインターネット並列計算プログラムの開発

    受託研究

    研究期間:  2011年08月  -  2012年03月

     概要を見る

    研究成果最適展開支援プログラムフィージビリティスタディステージ探索タイプ
    (A-STEP)

寄附金・講座 【 表示 / 非表示

  • カシオ科学振興財団第26回(平成20年度)研究助成(MEMSにおける構造-流体-静電界連成現象の汎用連成シミュレーション手法の開発)

      2008年12月

その他競争的資金獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 超小型航空機の羽ばたき弾性推進翼の開発

    提供機関:  文部科学省 

    研究期間:  2007年08月  -  2008年03月

 

担当授業科目 【 表示 / 非表示

  • 2019年度  数値計算(I)

  • 2019年度  構造システムの基礎Ⅰ

  • 2019年度  CAE特論

  • 2019年度  有限要素法の基礎

  • 2018年度  数値計算

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学会・委員会等活動 【 表示 / 非表示

  • 2020年07月
    -
    継続中

    日本シミュレーション学会   日本シミュレーション学会 理事

  • 2020年04月
    -
    2022年03月

    日本計算工学会   日本計算工学会 代表会員

  • 2020年04月
    -
    2021年03月

    日本計算工学会   第25回計算工学講演会 実行委員

  • 2020年04月
    -
    2021年03月

    日本機械学会   第33回計算力学講演会実行委員会・委員

  • 2019年09月
     
     

    日本機械学会   第32回計算力学講演会・セッションオーガナイザー

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