2004 Fiscal Year Annual Research Report
流体-構造連成シミュレーション解析クラスライブラリの構築
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16360045
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
青木 尊之 東京工業大学, 学術国際情報センター, 教授 (00184036)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
肖 鋒 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (50280912)
小川 隆申 成蹊大学, 工学部, 助教授 (50338571)
秋葉 博 (株)アライドエンジニアリング, 開発部長(研究職)
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| Keywords | 流体-構造連成問題 / 数値解析クラス・ライブラリ / 並列計算 / AMR / コロケーテッド格子配置 / 個別要素法 / 構造物破壊計算 |
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| Research Abstract |
流体-構造連成シミュレーションは流体現象と構造変形が複雑に相互作用するために多くの解析要素が含まれ、本研究では流体解析クラス、構造解析クラス、流体-構造連成連結クラス、格子生成クラス、並列計算クラス、ビジュアリゼーション・クラスを柱とする解析ライブラリの構築を目標としている。
平成16年度は以下のクラスにおいて成果が得られた。
流体解析クラスおよび並列計算クラス:
AMRクラス:ツリー型データ構造に基づく任意の細分化か可能なAMR法を目指し、データ構造の設計、データアクセスの高速化と最適化、全ての場所・方向での3次精度補間の達成、流体計算への適用(レーリー・テーラー不安定性、衝撃波)
数値計算手法:構造格子型流体計算では、計算精度を高めるための方法が検討され、さらに構造計算との連成を容易にするコロケーテッド格子を用いた計算法が検討された。従来、計算不安定のため困難とされていたが安定化の手法を開発し、スタッガード格子と比較して同程度の安定性とより高精度な計算を可能にした。コロケーテッド格子はメモリー分散型計算機での並列化も容易にするため、この安定化手法を爆発計算に導入し200CPU以上での並列計算を実現した。
一方、粒子モデルをベースとした流体計算手法の開発も開始した。流体モデルは格子を形成する必要がなく、複雑形状の構造物との相互作用や自由界面の表現精度が高い。従来は計算精度が低いために適用範囲が非常に限られていたが、局所補間微分オペレータ法を導入することで計算精度が飛躍的に向上する見通しが得られ、流体クラスの粒子モデルクラスとして追加を検討中である。
ビジュアリゼーション・クラス:
従来のOpen GLによる可視化ではなく、フォトリアリスティックな可視化を目指してレイトレーシングによる可視化のクラスライブラリ作成を検討した。現状では高品位な画像生成が可能なPOV-Rayが存在するので、POV-Rayへのインターフェイスを強化することを検討した。
構造解析クラス:
個別要素法による構造破壊計算の予備計算を行った。通常の粉体現象で用いる要素バネに加えて間隙バネを考慮することで、構造計算が可能になった。さまざまな基礎的検証に加えて、コンクリートの圧縮破壊テスト、鉄心入りコンクリートの破壊問題へ適用し、有効性を確認した。
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