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特徴面検出・解像度向上を自動で相互に行うAI積極融合型の新しい数値流体力学

Publicly Offered Research

Project AreaFoundation of "Machine Learning Physics" --- Revolutionary Transformation of Fundamental Physics by A New Field Integrating Machine Learning and Physics
Project/Area Number 23H04500
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

北村 圭一  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20402547)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords数値流体力学 / 衝撃波 / AI / CFD / 画像処理 / エッジ検出
Outline of Research at the Start

従来の特徴面検知では流体の数値計算(CFD)結果を可視化し,「物理量の等高線が密であれば衝撃波」などと肉眼で判断していたが,これには高度な専門知識や経験が必要となる上,見落としの可能性もあった.これに対し本研究では画像処理(Canny法)を応用し,流体数値計算における「圧力,速度,密度」の多次元データに対しCNN(畳み込みニューラルネットワーク)を用い,衝撃波・接触面・相界面など流体特徴面を精密・同時・自動検出する.そして検出結果をCFDアルゴリズムに直接導入し解像度を自動向上する(単なるAIの転用ではない)新しい流体計算法を提唱する.

Outline of Annual Research Achievements

従来の特徴面検知では流体の数値計算(CFD)結果を可視化し,「物理量の等高線が密であれば衝撃波」などと肉眼で判断していたが,これには高度な専門知識や経験が必要となる上,見落としの可能性もあった.これに対し本研究では画像処理(Canny法)を応用し,流体数値計算における「圧力,速度,密度」の多次元データに対しCNN(畳み込みニューラルネットワーク)を用い,衝撃波・接触面・相界面など流体特徴面を精密・同時・自動検出する.そして検出結果をCFDアルゴリズムに直接導入し解像度を自動向上する(単なるAIの転用ではない)新しい流体計算法の提唱を目指す.

初年度である2023年度は,この初期段階である「圧力」を利用した流体数値解法の調査を進展させた.具体的には,まず圧力を用いて衝撃波を効率的に検知し,その結果を流体計算中に数値計算法の一部である「数値流束」と「制限関数」それぞれに利用した(より具体的には,数値粘性の大きさを調整した).その結果,いずれも数値解の大幅な改善は見られなかったものの,前者の方がやや効果が大きく,また数値計算を安定に行える事が分かった.この事から,今後は1) 前者を「圧力,速度,密度」の多次元データに拡張して流体特徴面を捕捉する,2) そしてその結果を流体計算法に活用する,の2段階を順次進める予定である.

またこの間,領域から発信されるAI関連情報を入手したり,領域が開催する会議に参加したりする事で,必要な知識の習得に努めた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

海外渡航が重なったため,2023年度は基礎知識の吸収に注力した.

Strategy for Future Research Activity

2024年度は本研究の実行を重点的に取り組む.特にこれまで得られた知見を活かしながら,実際に「圧力,速度,密度」の多次元データの利用に着手する.

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (1 results)

All 2023

All Presentation (1 results)

  • [Presentation] 画像処理を応用した多次元衝撃波検知型 CFD 手法の検討(第2報:制限関数)2023

    • Author(s)
      北村圭一
    • Organizer
      (一社) 火薬学会 2023年度春季研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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