2018 Fiscal Year Research-status Report
Estimation of strong ground motion using accurate and efficient mesh-free finite-difference method
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17K06531
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
武川 順一 京都大学, 工学研究科, 助教 (70463304)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三ヶ田 均 京都大学, 工学研究科, 教授 (10239197)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | メッシュフリー法 / 差分法 / 強振動予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高精度・高効率な地震動シミュレーション手法開発のため，メッシュフリー差分法による波動場のモデリング方法の開発をおこなっている。本年度は，昨年度開発したメッシュフリー差分法による弾性波動場モデリング手法（Computers & Geosciences誌にて2018年9月に掲載済）を，複雑な地表面を伝播する表面波伝播に応用した。表面波は地表面（自由境界）を伝わる波であり，地震発生時にも建物やインフラに大きな被害を及ぼす可能性のある大振幅の波であるため，これを精確に再現することは強振動予測において極めて重要な課題である。これまで自由境界を導入するための様々な手法が提案されているが，水平な地表面を仮定したものが多く，任意形状の自由境界を取り入れることは容易ではない。また，本研究で新たに開発したメッシュフリー差分法に対するそれらの適用性は定かではない。そこで，新しい自由境界導入手法を開発した。自由境界はモデル中に存在する最も大きな物性コントラストを持つ境界面であり，これを計算に取り入れることは他の地層境界を取り入れる上でも役立つと考えられる。本研究では，メッシュフリー法の特徴を活かした自由な節点配置により，自由境界上に配置した節点上に直接境界条件を課した。これにより，本手法は極めて高精度に表面波伝播を再現することが可能になった。この成果はヨーロッパの物理探査学会が発行するGeophysical Prospecting誌に投稿中である。
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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
研究はおおむね良好に進んでいる。最も物性コントラストの大きい自由境界を伝播する表面波を，極めて高精度に再現できるようになったことは今年度の大きな成果である。これにより，十分な精度を出すために必要となる計算コストを，従来法と比較して大幅に削減できる可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の成果を踏まえ，次年度はさらに複雑な地形の導入を試みる。今回開発した手法では，自由境界に設置した節点に対して法線方向を規定する必要がある。水平な自由境界や一定角度の傾斜を持つ自由境界であれば，法線方向を決定することは容易である。しかし，実際の地形における傾斜を扱うためには，離散的に収集された標高データなどから，各節点位置での法線方向を計算する必要がある。周辺の標高データから傾斜を推測することは可能であるが，それによって計算精度にどの程度影響があるかはわからない。任意の自由境界形状に対する解析解は存在しないため，他の数値解などとの比較を通して精度を評価する必要がある。その後，モデル内物性コントラストをどの程度の精度で扱えるか，解析解の存在する問題で定量的に評価する（例えば，Mittet, Geophysics, 2017）。また，規則格子を使う差分法と比較して，メッシュフリー差分法は同程度の解像度であれば精度が低くなるという問題点があるため，メッシュフリー差分法そのものの計算精度向上も必要であると考える。これらの研究による成果は，国内外の学術講演会や国際学術雑誌に投稿していく予定である。
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| Causes of Carryover |
旅費に対してわずかに余りが生じたことにより，わずかに次年度使用額が生じた。
翌年度での使用計画では，引き続き旅費として使用する予定である。
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