2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of an energy conservative accurate particle method for fluid-structure interaction problems
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21K14250
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
清水 裕真 京都大学, 工学研究科, 助教 (20869705)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 粒子法 / FSI / ISPH法 / 数値シミュレーション / エネルギー保存性 / 計算力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，エネルギー保存性の高い高精度粒子法型流体-構造連成解析手法の構築に取り組むが，その実現のために必要な4つの課題の内，本年度は，① 流体・構造体の精度・エネルギー保存性向上のための高次微分演算子モデルの導入，② 整合性の高い時間的連成のためのエネルギー保存性の高い陰的構造体モデルの開発，について取り組んだ．
①について，粒子法における微分演算を高度化することで計算精度ならびにエネルギーの保存性を改善することが期待される．高精度な微分演算のためには演算子モデルを高次化し，手法の適合性を向上させる必要がある．本年度は，Taylor級数展開に基づき高次の微分演算子モデルを導出し，得られたモデルを粒子法型構造体計算モデルへと導入した．ベンチマークテストを通した精度検証では，既往のモデルと比べ優れた収束性と計算精度を得ることができた．
②について，流体-構造連成解析における時間的連成の高度化は計算精度の向上に寄与すると期待されるが，その実現のためには流体モデルが半陰的手法であることから，構造体モデルの陰解法化が必要となる．本年度は，Newmark-β法に基づき陰的弾性体モデルを導出するとともに，予測子修正子法のコンセプトを参考にしてその時間更新を更に高度化した．ベンチマークによる検証では提案高精度陰的構造体モデルの高い安定性と計算精度が確認でき，また流体モデルと連成したFSIソルバについても優れた計算性能を得ることができた．
これらの成果は国際学術誌へ掲載された他，国内会議・国際会議にて発表を実施した．
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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
研究実績の概要欄にて詳述した通り，研究計画調書に記載した4つの課題のうち2つに対する解決案を着実に進めることができた.提案モデルにより，エネルギー保存性の満たされた高精度粒子法型流体-構造連成解析手法の実現が期待される．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画調書に記載した4つの課題のうちの2つについて進展を得ることができたが，次年度は①②について更なる高度化を行う．具体的には，①構造体側だけでなく流体モデルについても高次モデルの導入を行う，②陰的構造体モデルの計算効率をさらに向上させるため，現アルゴリズムについてさらに改良を加える．
また，課題④「構造体大変形解析のためのエネルギー保存性を満たす計算安定化項の開発」について，②で開発した陰的アルゴリズムに沿う形での安定化項の導入を試みる．
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| Causes of Carryover |
本年度は新型コロナウィルスの蔓延が続いたことから，国際学会だけでなく国内学会においてもオンラインでの開催となった．そのため旅費関連でかかった費用が参加費（投稿費）のみ（その他，の項目に計上）となり，その差額が次年度使用額として生じている．
翌年度は申請者の所属機関である京都大学でのスーパーコンピューターが長期のメンテナンスに入るため，他研究機関のスパコンとの契約を考えている．本次年度使用額は他機関とのスーパーコンピュータの契約として使用したい．
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Research Products
(3 results)
