原子力プラントにおける流体・構造連成現象のための超並列メッシュレス解析システム

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11480121
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 矢川 元基 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40011100)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古川 知成 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (10272395) ; 吉村 忍 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (90201053)
• Keywords: フリーメッシュ法 / 連成解析 / 大規模解析 / 並列処理 / PCクラスタ / 超並列計算機 / 原子力プラント

Research Abstract

原子力プラントにおける様々な現象の解析のために要求される事柄をまとめると、原子炉内部で起こる複雑な現象に対応でき、それらを精度よく解析するために必要なプリプロセスの効率化、高速化とメイン解析プロセスとのシームレス化、計算時間、記憶容量の削減のための超並列計算機上での解析、ということになる。
そこで本研究では、原子力プラントにおける通常運転時、シビアアクシデント時の挙動解析におけるモデル精度向上の鍵となる技術として、(1)解析の際にメッシュを必要とせず、超並列環境に適した解析手法を導入し、(2)このメッシュレス手法を用いて自由液面および振動物体を含む超並列大規模3次元解析コードを開発し、(3)最終的に熱流体連成効果を考慮した超並列大規模3次元構造物の非線形・非定常応力解析システムの開発を行なった。
本研究において基盤技術として用いた手法は、メッシュレス法の一種であるフリーメッシュ法であり、この手法を用いて流体と構造の連成挙動を解析するシステムの構築を行った。具体的には、(1)節点ベースのデータから並列解析を行なうために、解析領域全体を各部分領域に分割するモジュールの開発、(2)構造解析、流体解析部分で用いる前処理付き反復解法を用いた並列連立方程式ソルバーの開発、(3)システム評価用のプロトタイプ版の開発、(4)開発したシステムのPCクラスタ環境上での効率等の検証、(5)Hitachi SR2201,SR8000を用いた超並列計算機上での効率等の検証、(6)開発したシステムに対して、ユーザーインターフェイス等の機能を付加することによるシステムインテグレーション、を行なった。フリーメッシュ法の並列処理への適用性の高さから、PCクラスタ環境においても、超並列計算機環境においても、極めて高い並列化効率で解析を行える3次元大規模連成解析システムが構築された。

Research Products

• [Publications] T.Furukawa,C.Q.Yang,G.Yagawa,C.C.Wu: "Quadrilateral Approaches for Accurate Free Mesh Method"International Journal for Numerical Methods in Engineering. 47. 1445-1462 (2000)
• [Publications] M.Sagisaka,Y.Isobe,S.Yoshimura,G.Yagawa: "Evaluation of Maintenance Strategies for Steam Generator Tubes in Pressurized Water Reacters (I)-Risk Analysis-"Probabilistic Safety Assessment and Management. 4/4. 2525-2538 (2000)
• [Publications] 大石篤哉,吉村忍,矢川元基: "領域分割型並列接触アルゴリズムの開発と動的陽解法解析コードへの実装"日本機械学会論文集A編. 66・650. 1819-1826 (2000)