【研究領域課題番号】19K04031 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カイコウラ地震 / 動的破壊シミュレーション / 地震発生 / H行列 / 地震サイクル / 高性能計算 / 高速領域分割法 / モデル / シミュレーション / 並列計算 / 地震 / 動的破壊 / 地震シーケンス / FDP / H-行列法 / 境界積分方程式法 / 境界要素法 / 北海道胆振東部地震 / Ridgecrest earthquake / 破壊 / スーパーコンピュータ

【研究成果の概要】

境界積分方程式法を用いた完全動的破壊シミュレーションおよび準動的地震サイクルシミュレーションに対して，高性能並列計算機（HPC）環境へのアルゴリズム最適化を行い，超大規模計算でしか実行できない現実的な地震現象のモデル化を行っている．これまで，高速
領域分割法（FDPM）に基づく動的破壊伝播シミュレーションを用いて，2016年カイコウラ（ニュージーランド）地震，2011年福島県浜通りの地震，2011年・2015年茨城県北部の地震について，断層の3次元複雑性を考慮したモデル化を行い，実際に観測された動的破壊過程の再現およびパラメタスタディによるモデル挙動の評価を実施した．また，準動的地震サイクルシミュレー ションコード（HBI）に，格子H行列法の汎用ライブラリであるHACApKを実装し，超大規模並列において通常H行列の実装を凌駕する性能を持つことを示した．本コードの計算結果 は，南カリフォルニア地震センターの実施する国際的なコード評価プログラムに投稿し性能評価された．さらに本手法を用いて断層形状複雑性を考慮したモデルにより余震の発生過程をシミュレートすることに初めて成功するとともに，断層の屈曲構造が地震規模の長時間統計に与える効果を一般的に明らかにした．また，中央構造線活断層帯を対象として，実際の断層における応力蓄積と地震発生過程のサイクルのモデル化を行った．さらにH行列法をこれまでの静的問題から動的問題への適用を可能とするFDP=H行列のアルゴリズム開発を行い，3次元動弾性変位波動問題に対してHACApKを拡張し実装した．本アルゴリズムの計算性能を評価したところ，近似精度と数値計算効率化の両面で期待通りの結果を得た．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2024-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】18KK0095 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

カイコウラ地震 / 動的破壊シミュレーション / 地震発生 / レオロジー / スロー地震 / 微動 / マルボロ断層 / モデル / 巨大地震 / シミュレーション / 動的破壊 / 古地震 / ドローン / UAV / 内陸地震 / 地震破壊 / 連動型地震 / 大規模計算 / 活断層 / 地震 / ニュージーランド / Kaikoura

【研究成果の概要】

断層の３次元形状は，大地震の規模を含む動的な破壊過程の一つの支配的な要素であるが，定量的な理解やモデル検証には未だに大きな課題がある．本研究では，2016年M7.9カイコウラ（ニュージーランド）地震に伴って観測された全長約200kmにおよぶ多数断層の破壊過程のモデル化を通じて，自然地震現象の定量的な理解を行っている．これまでにM7.9地震の滑り分布の主たる特徴の再現には成功した．その上で，１）当該地震時にHope断層という震源域の第一級活断層が連動破壊しなかった要因，２）各部分断層が破壊した経路や順番についての詳細な理解，３）断層深部の形状とレオロジー特性の推定，に焦点を当てている．１）まず昨年度までに得られた最新の古地震学研究の成果を整理して，Hope断層の最新活動は176年前から285年前までの間に推定され，地震後経過率としては57%から160%の間に対応することが分かった．一方で，Hope断層の地震後経過率に対応する応力蓄積率を変化させたパラメタスタディにより，動的破壊シミュレーションを実行することでHope断層が連動破壊しない応力蓄積率を求めたところ，およそ70%程度であるとの結果が得られた．古地震学的研究での推定値は，誤差範囲が大きいものの，シミュレーション結果と互いに矛盾しないことが分かった．２）最近の研究で従来の震源域内陸側に位置する断層の役割を重視する解釈とは異なり沖合側に位置する断層を重視する見解が示された．この見解の妥当性をシミュレーションでありうる応力状態の範囲でパラメタスタディにより調べたところ，従来の見解をサポートするという結果が得られた．３）震源域を含む広域で展開されている臨時地震観測点の記録を網羅的に調べたところ，これまで見つかっていた深部微動の震源分布が活断層の地表トレースと良い対応関係を持つことが明らかとなった．

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

【研究期間】2018-10-09 - 2023-03-31

【配分額】7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)

【研究領域課題番号】18H01212 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超新星爆発 / 乱流 / 乱流モデル / 超新星数値シミュレーション / 恒星対流 / 超新星 / シミュレーション / 圧縮性乱流 / 乱流輸送モデル / 対流 / 衝撃波 / 乱流輸送 / モデル / ローカル・シミュレーション / グローバル・シミュレーション

【研究成果の概要】

星の進化とその最終段階である超新星爆発は，恒星内部のダイナミクスと非線型相互作用で結びついた乱流の輸送に支配される．しかし，通常の乱流モデルは， 混合距離理論に代表されるように，その場限りで経験的に与えられるものにとどまっている．本研究では，まず強非線型かつ非一様な乱流の理論 を星の進化を記述する方程式系に適用し，応力（運動量輸送），乱流質量流束，乱流熱流束などの乱流相関を解析した．その結果を用いて，経験的ではなく基礎方程式に基づいた乱流モデルの構築を行った．そこでは平均場と乱流統計量の非線型ダイナミクスを同時に解くことで，乱流輸送係数も含めて自己無撞着に場 が解かれる．これは，混合距離理論で，乱流輸送の大きさをパラメータとして与える従来の天体物理学乱流モデルとは一線を画する．

その知見をもとに，回転，密度変動，磁場などの印可パラメータを変えつつ，簡単形状の局所的シミュレーションでモデルを検証・発展させている． さらに，その発展したモデルを用いて超新星の大域的シミュレーションを行う．直接数値計算と乱流モデル計算を比較することで，三次元の乱流効果を一次元の方程式に落とし込み，簡略化された超新星の標準モデルを開発する．現在，この三次元グローバル数値計算の結果と二次元のローカルシミュレーションの結果との比較を鋭意行っている． このように，（i）基礎方程式に基づく乱流モデルの開発； （ii）局所シミュレーションによる乱流モデルの検証と発展； （iii）発展した乱流モデルの大域 的シミュレーション； （iv）低次元簡略化乱流モデルの開発；という研究段階のうち，(i)と(ii)まで，順調に進んでおり，その成果は幾つかの学術論文として 公刊されている．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】腫瘍生物学

【研究領域課題番号】17H03589 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

がん対策 / 政策評価 / シミュレーション / モデル

【研究成果の概要】

日本のがんの罹患および死亡に関するシミュレーションモデルの構築、数理分析および予防危険因子に関する疫学的解析を実施し、胃内視鏡検診の対象年齢および受診間隔の最適条件、大腸がん検診において国のがん対策推進基本計画の目標値である受診率50%、精検受診率90%が達成された場合の死亡率減少効果、過去のB型・C型肝炎対策によるキャリア数の減少効果よび死亡率減少効果、包括的たばこ対策の実施による将来の死亡数減少効果の推計、子宮頸がんの原因となるヒトパピローマウイルスのgenotype別感染率、前立腺がんが早期がんで著明に増加し、遠隔転移がんおよび死亡で減少が顕著でないことを明らかにした。

【研究の社会的意義】

わが国において、疾病の予測モデルは新型コロナウイルス感染症など感染症疫学とその対策には広く使われているが、慢性疾患については発展途上である。本研究により胃がん、大腸がん、肝細胞がん、喫煙起因死亡について妥当性の確認されたシミュレーションモデルが構築されたことは学術的に大きな進歩である。日本のがん対策においては、予防、検診、治療いずれもガイドラインが策定されているが、その実施や普及による効果や最適な実施条件が明らかでなかった。本研究によりがん検診の最適条件の検討や国の目標値の実現効果など評価が一部可能になったことで、科学的根拠に基づくがん対策の立案が可能となる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】26610167 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サンゴ / 炭素同位体比 / vital effect / モデリング / 数値シミュレーション / サンゴ骨格 / 炭素安定同位体比 / モデル / 同位体 / シミュレーション

【研究成果の概要】

サンゴ骨格に記録される炭素安定同位体比のvital effectを解明するために、Nakamura et al.（2013）によって開発済みのサンゴポリプモデルに組み込む炭素同位体の拡張モジュールの開発を行った。このモデルを用いた数値実験により、サンゴ骨格の炭素安定同位体比のvital effectは呼吸由来の無機炭素が石灰化に使用されることで引き起こされることが分かった。また、このモデルによってサンゴ年輪に記録される炭素同位体比の年周変動も再現された。この年周変動は、サンゴ組織の炭素同位体比の変動と連動しており、この変化は主に日射量の年周変動に起因する光合成速度の年周変動に起因する。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】心臓血管外科学

【研究領域課題番号】26462101 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

simulation / aortic aneurysm / rupture / stress / 嚢状瘤 / 破裂 / 大動脈瘤 / 大動脈瘤モデル / stent graft migration / saccular / model

【研究成果の概要】

われわれは大動脈瘤の破裂しやすさをモデルを用いて検討してきた。嚢状瘤は破裂リスクが高いとされるがその定義はされていない。瘤を仮想楕円にあてはめて、「横長」のもの、またフィレット半径（大動脈と瘤のつなぎ目に当てる円）の小さい縦長のものは、頂点において応力が高く破裂しやすく、嚢状瘤の定義の一部としてよいのではないかという結論になった。これは胸部大動脈瘤において拡張速度の検討が行われたがはっきりとした臨床上の裏づけができなかった。今回、腹部大動脈瘤の破裂症例を集積し、コントロール群とマッチングを行って検討した。破裂群は、瘤が横長であること、またフィレット半径が小さいことにおいて、有意に差があった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【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】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】13450100 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電場応答性高分子 / ゲル / ロボット / シミュレーション / 形状 / 設計 / 運動 / 制御 / 柔軟 / 変形 / モデル

【研究成果の概要】

本研究で得られた研究成果は次の通りである。
1.大変形するゲルロボットの形状設計手法
変形の特異性を実現するために、表面に微細な凹凸を持つ平板状の型を作り、型にゲル材料を流し込んで表面にひだをもつゲル成型する手法を確立した。表面にひだをつけたゲルは、伸張する面のひだの方向に沿って曲がりやすくなり、変形の方向性を形状により設計可能となることを明らかにした。
2.電界制御による変形予測モデルの構築
ゲルの持つ能動的および受動的な変形特性をモデリングする手法を提案し、この手法に基づいてシミュレータを実装し、アレイ状電極裟置により生成する2次元空間分布電場内におけるゲルの変形シミュレーションを行った。電場を適切なタイミングで平行移動することにより、ダイナミックな運動を生成することができることを明らかにした。
3.ゲル連続体の形状を制御する電場制御システムの開発
大変形を生じる駆動電場の条件を明らかにするために、電場の空間分布を制御可能な多電極駆動装置を開発し、空間分布を少しずつ変化させた場合の変形応答性を詳細に計測し、シミュレーション結果と比較し、モデルの正当性を検証した。
4.軟体動物状ゲルロボットの変形と運動制御の実現
総合実験として、触手状ゲルの巻きつき運動生成実験、およびヒトデ型ゲルロボットの表裏反転運動制御実験を行い成功した。長さ24[mm]の触手状ゲルが直径4[mm]のスペーサを一周巻きつけるのに180[s]、直径15[mm]のヒトデ型ゲルロボットが反転するのに50-60[s]を要した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】12,600千円 (直接経費: 12,600千円)

【研究分野】船舶構造・建造

【研究領域課題番号】04402036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

線状加熱 / 板曲げ加工 / シミュレーション / 構造解析 / FEM / CIM / 面内収縮 / 面外変形 / 撓鉄(ぎょうてつ)作業 / シミュレータ / 有限要素解析 / 熱収縮 / 非線形大撓み解析 / 高周波誘導加熱 / 撓鉄 / 曲がり板 / モデル / アイリパラメトリック要素 / 厚板 / 大たわみシェル解析

【研究成果の概要】

造船業では、船体の独特な曲がり形状を実現するために、ガスバーナーを用いて鋼鈑を曲げ加工する技術が不可欠である。この曲げ加工技術は撓鉄(ぎょうてつ)作業と呼ばれ、造船業における固有技能の一つである。本研究では、この撓鉄作業に着目し、計算機を利用したシミュレータを作成することによって、撓鉄作業の技術の伝承、さらに装置化や自動化を実現可能とすることを目的とする基礎研究である。
線上加状は熱加工であるから熱弾塑性解析法が最も有効な解析法であると考えられ易いが、シミュレーションには適すものではないと判断した。そこで本研究では、非線形大暁み解析法である有限要素法による板曲げ問題のための弾性解析法を用いることとした。
先ず、撓鉄作業のシミュレーションを念頭に、撓鉄作業のモデリングについて研究した。特に、線状加熱による面外変形と熱収縮をモデル化するために、外力と拘束条件を検討した。実験結果を用いて、面外変形における荷重条件として、焼き線から一定距離だけ離れた接点に上記の曲げモーメントを付加することとした。さらに熱収縮における荷重条件として、熱収縮を起こす等価な圧縮加重を焼き線から一定距離だけ離れた接点に対してかける外力のモデル化を行った。また、拘束条件としては焼き線の中点に相当する接点を全自由度拘束した。そして、以上のモデル化を考慮した板曲げ加工の実用シミュレータをワークステーション上に構築した。
さらに、構築したシミュレータの有効性を確認するために、シミュレータによって得られる結果と、実験値との比較を行うことによって、曲げ加工シミュレータ用に構築した有限要素プログラムの有効性、および面外変形・熱収縮のモデル化を検証した。その結果としては、シミュレータとしての定性的な変形挙動は充分満足しているものと確認することができた。

【研究種目】一般研究(A)

【研究期間】1992 - 1994

【配分額】15,500千円 (直接経費: 15,500千円)