2022 Fiscal Year Annual Research Report
大規模計算を活用した積層造形の高精度材料組織予測マルチスケールモデリング
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21J23371
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
光山 容正 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | フェーズフィールド法 / 積層造形 / 凝固 / 大規模計算 / 材料組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
積層造形法（AM）は特別な機材や鋳型といったものを利用せずに複雑な形態の製品を作成できるため注目を受けている技術である．このとき，AMで構築される凝固組織は製品の特性に直接影響するため，凝固組織を高精度に予測し制御する技術が必要不可欠である．一方で，凝固現象を利用したAMプロセス中の物理現象は直接観測することが難しく，数値計算によるアプローチが重要であるがモデリングの困難さや莫大な計算コストの面が課題となっている．そこで，本研究ではGPUによる大規模計算を利用したAMで形成される材料組織をフェーズフィールド法によって高精度に予測可能なマルチスケールの数値解析手法を構築することを目的とする．そこで，ミクロスケールにおけるデンドライト組織の影響をデンドライト樹間の液相流動の流れ易さを表す透過率で表現しフェーズフィールド法を用いたメゾスケールの組織予測に導入し，マクロスケールでの熱伝導を有限要素法で，液相流動を格子ボルツマン法で予測しメゾスケールの組織予測モデルに組み込むことで実用的なAMプロセス中の材料組織全体を対象としたマルチスケールモデルの構築を行う．本年度は，GPUを用いたAMプロセス中のマルチスケールシミュレーションで用いる莫大な計算領域を網羅するために数値計算に必要な計算コストの大幅な削減を目的として，透過率評価手法の液相流動計算に適合細分化格子法（AMR法）を導入することでデンドライト樹間内の透過率予測シミュレーションの効率化を実行した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
莫大な計算コストが必要なAMプロセス中の凝固組織予測シミュレーションのために，計算コストの大幅な削減を目的として，これまで用いていた透過率予測手法に適合細分化格子法（AMR法）を導入し，従来の0.01倍程度であるGPU1枚での計算が可能であることを確認した．これについては，2022年に開催された国際学会ICASP-6の学会誌に掲載された．しかし，AMプロセス中の凝固組織のミクロスケールとマクロスケールの橋渡しを担うデンドライト樹間の液相流動を表すパラメータである透過率を統一的に表現する手法の確立について現在も行えておらずこの部分の解決のために多くの時間が用いたため続く研究内容の進捗に順次遅延を生じさせている．
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| Strategy for Future Research Activity |
まずあらゆるデンドライト形態における透過率の統一化手法の確立を第一の目的として研究を実施する．このとき，これまでの透過率評価で用いたデンドライト構造を参考にして，凝固条件を変化させ多様なデンドライト形態及び高精度な液相流動計算を実行することで評価を実施する．また，統一化した透過率を導入することによる凝固シミュレーションへの影響を調べるためにマクロ偏析シミュレーションモデルの構築を行う．
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