ハイブリッドな粉体シミュレーション手法の一般化と高速化

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H03448
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: 楽 詠コウ 青山学院大学, 理工学部, 准教授 (30612923)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 連成シミュレーション / 一般形状 / 粗視化

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，一般形状の粉体に対する個別要素モデリングと連続体要素モデリングを連成したシミュレーション技法の開発が目標である．連成が有効に機能するためには，既知の個別要素モデルに対して，連続体要素モデルが互換性を持つように構築することが重要である．本研究では，連続体要素モデルによるシミュレーションでは，各ステップにおいてまず弾性予測(elastic prediction, 力学応答が弾性特性によってのみ起こると仮定して計算)を行い，続いて塑性補正(plastic correction, 降伏条件を違反した場合に塑性流動を計算)を行うというフレームワークを用いる．このため，連続体要素モデルにおける弾性応答特性・塑性流動特性のそれぞれを，個別要素モデルによる計算結果と対応するようにデータ駆動に基づくアプローチで取得する．本研究では，弾性応答特性については連続体モデルで超弾性モデルを用いるため，そのパラメータを求めることが目標である．そのためのデータを得るために，個別要素シミュレーションによる三軸テストを利用する．一方，塑性流動特性については，個別要素シミュレーションの結果をもとに，弾性予測による剪断応力と，対応する塑性補正後の剪断応力のペアを取得することが目標となる．これらのデータを得るために，個別要素法において衝突と摩擦によって力を求める直前と直後の状態を取得して粗視化する．本年度は，その一連のテストが実行できるようにするため，まず，符号付き距離を用いた衝突判定と，サンプリングによる衝突点生成に基づく一般形状の個別要素シミュレーション法を実装した．また，テストを行うための初期化や粗視化，可視化などの一連の補助ツールの整備を行った．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の研究は概ね良好に進んでいる．まず，一般形状に対応した個別要素法の開発によって，円形だけでなく，L字やコの字などの任意のポリゴン形状によるシミュレーションを行えるようにした．粗視化のために，シミュレーションにおける任意のタイミングで任意の物理量を取得できるようにしつつ，個別要素法の計算モデルを任意にカスタマイズできるようにするため，この個別要素法によるシミュレータは独自に開発することにした．また，粗視化のための物理量の書き出し処理や統計処理，可視化処理などのための補助ツールを合わせて開発した．これらの作業によって，連続体モデルの取得を検討するための基盤を整えることができた．

Strategy for Future Research Activity

来年度以降は，今年度に開発したシミュレータや粗視化ツールなどを利用・拡張して，獲得したモデルを連続体シミュレーションに適用した演算結果と，個別要素法による結果との比較を通じて，粗視化手法の有効性を評価したり，異なる形状間で獲得されるモデルの差異を解析したりすることを検討したい．また，より高性能なモデルが得られるようにするため，既存の粗視化手法を拡張・一般化することで，粗視化手法そのものを発展させることについても検討していきたい．