Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

流体構造連成解析 / 流体構造連成 / 医用画像 / 確率有限要素法 / 血管 / 狭窄 / 造影剤 / 有限要素法 / 不確定性 / 機械学習

流体構造連成解析を狭窄柔軟管の拍動流について実現した。狭窄管実験の文献値との比較および、分岐狭窄柔軟ファントム拍動流実験とそれを模擬した解析との比較より，一致を確認し解析の妥当性を確認した．狭窄率80%と95%とで血液の粘性を用いて解析を行い，漸増する造影剤に見立てたパーティクルトレース解析を行った．80%狭窄では軸対称な流れにより再現性のある密度分布となる一方で95%狭窄では噴流の方向が変化することで密度分布が拍毎にばらつきが生じることを示した．また、流体構造連成解析について、流体の粘性を確率変数とする確率有限要素法を実装し、その妥当性の確認を行った。

構造のシミュレーションは複雑な形状がシミュレーションできればよいという確定的シミュレーションの時代を経て，材料・加工・保守などの不確定要素に由来する確率的応答を考慮に入れた信頼性工学が発展し，実際の設計に不可欠なツールとして発展してきている．生体のシミュレーションに関しても，確定的なシミュレーションを行う技術は確立してきており、生体シミュレーションにも「品質」が求められるようになってきている．本研究による生体シミュレーションの不確かさを定量化する手法の確立は，診断支援など医学的応用を考える上で必要不可欠であり生体シミュレーションが実際に社会に役立つために不可欠な基礎技術である．

ライフサイクルアセスメント / 感度分析 / 材料力学 / 環境影響評価 / 摂動法 / インベントリ分析 / 確率有限要素法 / データベース / 環境負荷 / 信頼性工学 / 不確定性

材料力学の代表的手法である構造解析と信頼性工学を取り上げ、機械製品のライフサイクルの環境負荷への適用性の評価を行った。これまでは、ライフサイクル評価手法は、個々のプロセスごとの環境排出物を積算することによって計算が行われてきたが、必ずしも数学的な取り扱いの厳密性は求めて来なかった。本研究では、材力手法の拡張からマテリアルのバランスを検討し、マトリックスを組み立てる定式化を行うことによって、連立一次方程式の解として環境負荷評価を行う枠組みを検討した。マトリックス法としての定式化を完成させた後に、構造解析で確立している有限要素法技術の導入を行った。この結果、計算効率が飛躍的に向上するばかりでなく、境界条件の不足についても見通しを与えることが可能となった。この結果、与えられた境界条件のもとで、解が求まるか否かの判断を純粋に数学的考察から検討することが可能となった。また、リサイクルのようなループが存在する場合に、従来法では繰り返し計算により収束するまで評価を行ってが、本手法の開発によってどのような条件が不足していることが原因であるかの見通しを得ることが実現された。さらに、ループが多重に存在しても容易に解析が実現できる。データやモデルの不確定性の取り扱いに対しては、信頼性工学手法を導入した。この結果、ライフサイクルアセスメント後に最終的に必要となる改善解析の際、感度解析を有効に活用できることを示した。マトリックス法の導入を確立したことにより、確率有限要素法の適用を実現し、感度分析の評価も容易となった。定式化に基づいてエクセル上のワークシート処理により、マトリックス法による環境負荷分析、感度分析、不確定性解析、影響度解析の一連の流れを実現した。開発したシステムを用いて、複写機、製鉄プロセスを例にインベントリ解析を実施し、システムの性能とともに、重要データの抽出まで実現できることを確認した。

【研究分担者】
泉聡志	東京大学	大学院・工学系研究科	講師	(Kakenデータベース)