2022 Fiscal Year Research-status Report
連続体と不連続体をつなぐメッシュフリー・分子動力学ハイブリッド解析手法の開発
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21K03772
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
只野 裕一 佐賀大学, 理工学部, 教授 (00346818)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マルチスケール解析 / メッシュフリー法 / 分子動力学法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，不連続体である原子と連続体をシームレスに取り扱うことを可能とするメッシュフリー・分子動力学ハイブリッド解析手法を提案するものである．マイクロメートル～ナノメートルスケールの物理現象を統一的に数値解析することを実現し，固体材料の変形における連続体から不連続体へ，もしくは不連続体から連続体への遷移はいかにして起こるのかを，明らかにすることを目的とする．
令和4年度は，令和3年度に構築した基礎理論に基づき，提案手法の実装を進めるとともに，いくつかの例題解析を通じた妥当性検証を進めた．
理論構築においては，本研究課題の中核となる，連続体－不連続体間のハイブリッド解析手法の定式化を進めた．提案理論の特徴は，連続体解析に対する物質点と，分子動力学解析における原子の両方の性質を併せ持つハイブリッド物質点を導入することにある．このハイブリッド物質点の具体的な定式化について，連続体解析における支配原理である仮想仕事の原理と整合するよう留意しながら研究を進めた．令和3年度に汎用分子動力学解析パッケージLAMMPSによる実装を行い，その妥当性と有効性が確認できたため，令和4年度は分子動力学解析についてはLAMMPSを用いた実装に絞って研究を遂行し，2次元および3次元の例題解析を実施した．
最終年度となる令和5年度は，提案モデルの本格的な構築・実装と，具体的な数値解析を通じた妥当性の検証を行う計画であるが，このための基盤構築はおおむね当初の予定通り進められたものと考える．
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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
令和4年度の研究計画は，令和3年度に得られた定式化を実装に対する，提案手法の打倒政権長と解析精度等に関する体系的検討であったが，「研究実績の概要」に記載の通り，おおむね当初計画通りに研究を進められており，モデルの実用解析への応用を目指す令和5年度の研究計画につながる研究を遂行することができた．
令和3年度に汎用分子動力学解析パッケージLAMMPSによる実装を行い，その妥当性と有効性が確認できたため，令和4年度は分子動力学解析についてはLAMMPSを用いた実装に絞って研究を遂行し，2次元および3次元における引張解析，単純せん断解析，き裂進展解析を実施し，提案手法と実装の妥当性検証を進めた．
新型コロナウイルス感染症の影響で，当初参加を予定していた国際会議や一部の国内会議がオンライン開催となったが，オンラインでの講演会に参加したほか，年度後半には対面形式による講演会への参加も可能となり，当該分野の情報収集や研究討論もおおむね予定通りに実施することができた．
研究開発環境について，年度後半に新たに数値解析用高性能ワークステーションを導入したことにより，より高速かつ大規模な数値解析の実施が可能な計算環境を構築した．最終年度となる令和5年度は，提案モデルの本格的な構築・実装と，具体的な数値解析を通じた妥当性の検証を行う計画であるが，このための環境構築はおおむね当初の予定通り進められたものと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度の研究の進捗状況はおおむね順調に進展したことから，令和5年度は予定通り，提案手法の実用解析への適用と評価，および研究課題全体の総括を実施予定である．
具体的には，令和4年度までは比較的小規模かつ単純な解析例題が中心であったが，これをより規模が大きく境界条件も多様な問題へと適用する．既存の手法による解析結果が得られている問題に対して，既往の解析結果と同等の結果が得られるのか，その妥当性の検証を行う．つぎに，メッシュフリー法における物質点数や分子動力学法の原子数，遷移領域のハイブリッド物質点の数などが，解析結果へ及ぼす影響を定性的および定量的に調査し，既存の手法に対する優位性を調査する．一方，提案手法は有限要素法を用いた既存の手法と比較して，計算コスト（計算時間およびメモリ使用量）が増大することが懸念されるため，複数のベンチマーク解析を活用し，計算コストに関する定量的な評価も行う．また，状況が許せば，研究協力者であるJiun-Shyan Chen教授の研究グループを訪問し，集中的な情報交換と研究課題に関する討論も実施することも計画しているが，年度内の訪問が困難な場合には，電子メールやオンライン会議を活用した情報交換，研究討論を行う．
これらを通じて，提案手法の応用可能性と将来的な課題を抽出し，本研究課題を総括する計画である．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により，当初計画で参加を予定していた一部の国内会議がオンラインでの開催となったこと，および令和5年3月に参加予定であった国際ワークショップがドイツにおける公共交通機関のストライキの影響で開催延期となったことから，使用しなかった国内および国外旅費を次年度に繰り越すこととなった．国際ワークショップは令和5年12月に開催予定であるため，繰越額をこれに充当する予定である．
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