2014 Fiscal Year Research-status Report
フェーズフィールド法とデータ同化による拡散相変態挙動の高精度予測の実現
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25630322
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
山中 晃徳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50542198)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | フェーズフィールド法 / データ同化 / 鉄鋼材料 / ミクロ組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、マルチフェーズフィールド法とデータ同化手法を用いて、鉄鋼材料における固相変態によるミクロ組織形成シミュレーションの予測精度を飛躍的に向上させる数値計算方法を開発することを目的としている。目的達成のために、最も基本的かつ重要なFe-C合金を研究対象とし、フェライト相形成過程を定量的に予測するために最適なマルチフェーズフィールドモデルの選定、データ同化手法の検討、必要な実験データセットの取得を行うことが必要である。
平成26年度においては、平成25年度の研究で得た知見に基づき、（１）Fe-C合金の化学的自由エネルギーを正確に評価しつつ計算が可能なマルチフェーズフィールド計算手法を開発した。当該マルチフェーズフィールドモデルで得られる計算結果と比較するための実験データの取得方法について検討した。また、（２）将来的に加工と同時に生じるフェライト相形成過程をもデータ同化との融合により高精度に予測可能とするために、動的フェライト変態のマルチフェーズフィールドモデルの開発にも着手した。さらに平成25年度の研究から継続して、（３）データ同化を専門とする研究者とのディスカッションを重ね、マルチフェーズフィールドシミュレーションの予測精度を向上させる最適なデータ同化アルゴリズムの検討を行った。その結果、アンサンブルカルマンフィルターも有力なデータ同化手法であるとの結論に達し、MPF法への適用を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
平成26年度の実施状況報告時までに、Fe-C合金におけるフェライト相形成を再現するためのマルチフェーズフィールドモデルを構築し、さらには、応力場の計算アルゴリズムを導入して変態に伴う応力場の発展と体積変化の解析を可能とした。また、データ同化によりマルチフェーズフィールドシミュレーションに取り込む実験データを取得するための実験データを取得してきた。しかしながら、実験データとの定量的な比較検証のみならず、実験データを取り込んだ精度の高いシミュレーションを実施するためには、Fe-C合金の化学的自由エネルギーを正確に評価しつつ計算が可能なマルチフェーズフィールド計算手法が必要であることが判明し、CALPHAD法に基づき得られる自由エネルギーを取り込んだ計算手法を開発した。また、本研究で開発するデータ同化とマルチフェーズフィールド法を融合した計算手法を、加工中におけるフェライト変態挙動にも将来的に適用可能とするために、動的フェライト変態を表現できるマルチフェーズフィールドモデルを開発した。さらに、平成25年度より継続して、マルチフェーズフィールド法と最も相性の良いデータ同化手法の検討を行い、粒子フィルターよりもアンサンブルカルマンフィルターの方が適していると判断し、アンサンブルカルマンフィルターを導入したマルチフェーズフィールド計算手法の構築に着手した。しかしながら、アンサンブルカルマンフィルターを導入したマルチフェーズフィールド計算手法の構築が大幅に遅れているため、１年間の研究期間の延長を申請することとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度の研究においては、平成26年度の研究の遅れを取り戻すため、アンサンブルカルマンフィルターを導入したマルチフェーズフィールド計算手法の構築を早急に完了させる。そのために、データ同化を専門とする東京大学地震研究所の長尾准教授との議論を重ねる。また、上記のマルチフェーズフィールド計算手法の構築と平行して、データ同化により取り込む実験データの取得を行う。平成27年度においては、熱膨張計を用いて、材料の加熱と冷却を繰り返す、繰返し変態法を採用し、フェライト相の体積分率変化を取得する予定である。
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| Causes of Carryover |
データ同化手法を導入したマルチフェーズフィールドモデルの開発の遅れにより、実験データの取得についても遅れが生じたため、実験に必要な物品の購入を行わなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験に必要な物品の購入に使用する。
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