【研究分野】計算科学

【研究領域課題番号】17H02824 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

計算力学 / 粒子法 / 流体力学 / 流体

【研究成果の概要】

研究代表者がこれまで独自に開発し研究を進めてきた粒子法であるMPS(Moving Particle Semi-implicit)法に関して、本研究では基礎的かつ発展的な研究を行った。具体的には、(1) 空間離散化の高精度化、(2) 壁境界条件の高精度化と高速化、(3) 定常問題の高精度化、(4) 表面張力モデルの高精度化、に対して研究を進め、多くの成果を得ることができた。従来よりも飛躍的に高精度かつ高速な粒子法シミュレーションが実施できるようになった。さらに、研究成果はジャーナル論文等で発表した。

【研究の社会的意義】

粒子法は流体を粒子の集まりとしてシミュレーションを行う方法であり、従来の方法とは異なり空間を格子で覆う必要がない。そのため、自由表面や界面の複雑な運動を扱うことが容易である。粒子法の研究では日本が世界的に先導しており、日本発の商用プログラムが普及しつつある。
粒子法に限らず様々なシミュレーション手法は、高度な製品開発を効率的かつ迅速に行うためには必要不可欠な技術となっている。その中で粒子法は有力な手法の１つに成長しつつあり、自動車、機械、材料、食品、化粧品など、様々な分野で活用されている。本研究の成果により可能となった高精度の粒子法シミュレーションは、産業への波及効果が極めて大きい。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】高性能計算

【研究領域課題番号】25330142 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

流体シミュレーション / 可視化 / 爆発シミュレーション / プルーム / 巻き込み現象 / SPH / 曲面再構築 / GPU / 高精細化 / Wavelet Turbulence / Kolmogorov 法則 / エネルギーカスケード / Marching Cubes / 流体

【研究成果の概要】

CGにおいてリアルな映像を得るために，物理シミュレーションによるアニメーション作成が行われている．しかし，映像制作者の観点から見るとこれらは必ずしも扱い易いものではなく，物理パラメータの調整とシミュレーションの再計算の繰り返しによる試行錯誤を行う必要があり，映像制作に莫大な時間がかかる要因となっている．本研究では，物理法則にもとづく非圧縮流体シミュレーションへの，手続き的手法による効率的なフロー制御方法の開発を主な目的とし研究を行った．本研究により，制作者にとって制御性を高めつつよりリアリティの高い映像を作り出すことができるようになった．また，提案手法の計算部分は大変高速であることも示した．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】船舶海洋工学

【研究領域課題番号】22760632 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

推進 / 運動性能 / 船体運動 / 衝撃荷重 / 境界条件 / 計算コスト / 粒子法 / 流体解析 / 数値計算 / 水波 / 船舶工学 / 流体 / シミュレーション工学 / 海事流体力学

【研究成果の概要】

本研究の目的は、波浪中における大振幅船体運動および船体が海水から受ける衝撃荷重を汎用的にかつ高精度に計算する手法を確立することである。この目的を達成するために、粒子法を用いて大振幅船体運動モデルを開発した。また、開境界部での非物理的な反射波が生じることを低減する境界条件を開発した。さらに局所的な領域のみを高解像度で計算する手法を開発し、低い計算コストで高解像度の計算を実施可能にした。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】工学基礎

【研究領域課題番号】17360043 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

メッシュフリー法 / 粒子法 / MPS法 / SPH法 / 流体 / 構造連成解析 / バイオメカニクス / 構造物の爆破解析 / 有限要素法 / 計算力学 / シミュレーション / 構造・流体連成

【研究成果の概要】

今日のソフト,ハードの両面から発展した計算科学技術をもってしても,構造/流体双方のトポロジーが変化するまでの大変形が生じる連成問題は従来のメッシュや格子を要する有限要素法や差分法では解析が不可能であることは広く知られている,一方でこれらの欠点を補うために,構造,流体それぞれの分野でメッシュフリー法や粒子法と呼ばれる手法が開発され精度の向上がはかられているが,両者にまたがる境界領域では,流体用に開発された粒子法を構造材料の部分にも簡易的に応用しているのみであり,十分な安定性と精度をもって連成解析が桁われているとは言いがたい,そこで本研究ではトポロジーが変化するまでの大変形が生じる構造/流体連成問題のためのメッシュフリー粒子法の高精度解析手法を開発した.平成18年度は平成17年度に各担当者で開発した,固体/構造解析用メッシュフリー粒子法改良型MPS法改良型SPH法を用いて各種解析を行った,野口は2重スケール・オーバレイアプローチを用い,固体/構造解析用有限要素法メッシュフリー法と改良型MPS法ならびにSPH法との統合を行った,越塚は拡張したMPS手法をハイオメカニクスに応用した.松尾はSPHを拡張し,爆破による構造物の破壊に応用した.平成18年度に実施した解析を示す.(権造非圧縮流体連成解析)3次元薄肉容器内の極限スロッシング解析,非圧縮満体と複数の剛本クラスターの流体構造連成解析,血管血流の連成解析(構造/圧縮性流体連成解析)拡張SPHによる液体/気体連成解析,爆破シミュレーションによるコンクリート構造の損傷破壊解析

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】14,000千円 (直接経費: 14,000千円)