破壊過程と流体輸送－データ同化・可視化によるアプローチ
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22K03542
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伊藤 伸一 東京大学, 地震研究所, 助教 (10756331)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中原 明生 日本大学, 理工学部, 教授 (60297778)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 破壊 / 乾燥亀裂 / 輸送 / フェーズフィールドモデル / データ同化 / ニューラルネットワーク / 可視化 |
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| Outline of Research at the Start |
水と粉の混合物が乾燥してできる破壊パターンは干上がった水田や水たまりなどで日常的に観測される。そのような破壊は亀裂と流体・熱輸送場が相互作用することで進展していくため、物質内部で発生する流体・熱輸送場の動力学を理解することは亀裂の予測へ向けて重要な課題である。本研究では、乾燥亀裂のシミュレーションモデルと実験計測データを融合する大規模データ同化技術による内部流体・熱輸送場の可視化を通して破壊過程の理解を深める。
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| Outline of Annual Research Achievements |
水と粉の混合物が乾燥してできる破壊パターンは干上がった水田や水たまりなどで日常的に観測される。そのような破壊は亀裂と流体・熱輸送場が相互作用することで進展していくため、実験・理論の両面から物質内部で発生する流体・熱輸送場の動力学を理解することは亀裂の予測へ向けて重要な課題である。本研究は破壊パターンの実験データと数値シミュレーションを統合するデータ同化の枠組みで統合することで、破壊過程と輸送の相互関係を解析する手法を開発することを研究の目的としている。本年度は実験設備設計の精緻化を行ない、３次元乾燥亀裂実験を本格的に開始した。系統的に実験設定を変えて柱状亀裂が発生する実験状況を定量化した。また数値シミュレーションの面では、phase-field法による破壊過程のモデリングを発展させ、媒質内の表面エネルギー場をパラメトライズされた連続的なランダム場として取り込めるように改良した。このモデル化により表面エネルギー場を定量的にコントロールできるようになったことで、変分法データ同化と親和性の高いモデルになった。さらに副次的な数値計算の結果として、亀裂の進行過程において表面エネルギー場のランダムネスが大きいほど進行の揺らぎが大きくなる一方で、進行速さはランダムネスの大きさには大きく依存しないことが明らかになるなど、いくつかの新しい結果が得られた。データ同化解析手法面では、ニューラルネットワークベースのデータ同化手法の検討を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験面に関しては本格的に実験がスタートし系統的な実験が行なえるようになったことで想定していた３次元亀裂の再現できた。理論・シミュレーション面においては当時想定していなかった新規な結果が得られた一方で、データ同化の面では実装がやや遅れているが、研究計画全体としてはおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き実験データの拡充・シミュレーションの高度化・データ同化手法開発を行なっていく。特にデータ同化手法開発に関しては以前として計算量的な課題が残されており、手法開発および最新の発展も逐次取り入れつつ改良を行なっていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(13 results)
