高次精度粒子法の開発

• 研究課題/領域番号: 14J09735
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 玉井 佑 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 粒子法 / メッシュフリー法 / LSMPS法 / 高次精度 / 境界条件 / コンパクトスキーム / MPS法 / コンパクト差分スキーム / 数値流体力学

研究実績の概要

本年度は，一昨年度，及び昨年度において開発・改良したLeast Squares Moving Particle Semi-implicit法(以下，LSMPS法と記す．)の空間離散化スキームの更なる改良を行った．具体的には，Neumann境界条件を重み付き最小二乗法により拘束するLSMPS Constraintスキームの拡張版として，支配方程式とそれを微分したもの，そしてNeumann境界条件とそれを微分したものをそれぞれ重み付き最小二乗法を用いて空間の離散化の手順において多重に拘束することによりさらなる高精度かつ高計算効率を実現する，LSMPS Multiple-order Differential Constraint(MDC)スキームを開発した．また，既存のLSMPS法に関する文献ではScalar変数の離散化に適用される離散化スキームのみ定式化されていたが，応力テンソルに関するNeumann境界条件など，速度や変位などのVector変数の複数成分にまたがって微分値の拘束が必要な境界値問題に適用できる，LSMPS Vector Constraintスキームの開発も行った．さらに，Laplace作用素の近似を，最も低次精度(一次のConsistency)であるが最も局所的に行えるメッシュフリー空間離散化スキームや，有限差分法の分野において近年発展しているコンパクトスキームをメッシュフリー法に一般化した，メッシュフリーコンパクトスキームの開発も行った．これらのスキームの精度や収束性に関して，数学的な考察や数値実験などを行い，開発した離散化スキームを適用することにより高次精度のメッシュフリー数値解析が行えることを示した．

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] An ALE particle method using upwind interpolation (2017)
  • 著者名/発表者名: Fangyuan Hu, Takuya Matsunaga, Tasuku Tamai, Seiichi Koshizuka
  • 雑誌名: Computers and Fluids 巻: 145 ページ: 21-36
  • DOI: 10.1016/j.compfluid.2016.12.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] 流体シミュレーションにおける粒子法：MPS法とLSMPS法の数値解析精度の比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 室谷浩平，玉井佑，越塚誠一
  • 雑誌名: 応用数理 巻: 26 号: 2 ページ: 2-13
  • DOI: 10.11540/bjsiam.26.2_2
  • NAID: 130005267467
  • ISSN: 2432-1982
  • 年月日: 2016-06-24
  • 査読あり
• [雑誌論文] 炭素繊維強化熱可塑性プラスチックのプレス成形のための粒子法を用いた異方性高粘度流体解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 志野亮作, 玉井佑, 越塚誠一, 真木晶, 石川健
  • 雑誌名: 日本計算工学会論文集 巻: 2016 号: 0 ページ: 20160015-20160015
  • DOI: 10.11421/jsces.2016.20160015
  • NAID: 130005160464
  • ISSN: 1347-8826
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the consistency and convergence of particle-based meshfree discretization schemes for the Laplace operator (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Tamai, K. Murotani and S. Koshizuka
  • 雑誌名: Computers & Fluids 巻: xx ページ: 79-85
  • DOI: 10.1016/j.compfluid.2016.02.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Human swallowing simulation based on videofluorography images using Hamiltonian MPS method (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kikuchi, Yukihiro Michiwaki, Tetsu Kamiya, Yoshio Toyama, Tasuku Tamai, and Seiichi Koshizuka
  • 雑誌名: Computational Particle Mechanics 巻: 2 号: 3 ページ: 247-260
  • DOI: 10.1007/s40571-015-0049-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Least Squares Moving Particle Semi-implicit Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Tamai, Seiichi Koshizuka
  • 雑誌名: Computational Particle Mechanis 巻: 1 号: 3 ページ: 277-305
  • DOI: 10.1007/s40571-014-0027-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Hierarchical Domain Decomposition Explicit MPS Method and Application to Large-scale Tsunami Analysis with Floating Objects (2014)
  • 著者名/発表者名: Kohei Murotani, Seiichi Koshizuka, Tasuku Tamai, Kazuya Shibata, Naoto Mitsume, Shinobu Yoshimura, Satoshi Tanaka, Kyoko Hasegawa, Eiichi Nagai and Toshimitsu Fujisawa
  • 雑誌名: 日本シミュレーション学会英文誌 巻: 1 号: 1 ページ: 16-35
  • DOI: 10.15748/jasse.1.16
  • NAID: 130004709200
  • ISSN: 2188-5303
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Least Squares Moving Particle Semi-implicit法による気液二相流解析手法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 矢島周, 越塚誠一, 柴田和也, 玉井佑
  • 学会等名: 第３０回数値流体力学シンポジウム(CFD2016)
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
  • 年月日: 2016-12-12
• [学会発表] 粒子法を用いた長繊維熱可塑UDプリプレグのための異方性高粘度流体解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 志野亮作, 玉井佑, 越塚誠一, 真木晶, 石川健
  • 学会等名: 第３０回数値流体力学シンポジウム(CFD2016)
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
  • 年月日: 2016-12-12
• [学会発表] A Fiber Tracking Analysis Method and its Visualization for Press Molding of Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics using a Particle Method (2016)
  • 著者名/発表者名: Shun Fukumoto, Tasuku Tamai, Ryosaku Shino, Seiichi Koshizuka, Takahiro Hayashi, Takeshi Ishikawa
  • 学会等名: Abstract The 35th JSST Annual Conference International Conference on Simulation Technology (JSST 2016)
  • 発表場所: Kyoto University(Kyoto, Japan)
  • 年月日: 2016-10-27
  • 国際学会
• [学会発表] 高次精度メッシュフリー法を用いた非一様な熱伝導率を持つ熱拡散方程式の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 玉井佑、越塚誠一
  • 学会等名: 日本機械学会第29回計算力学講演会 (CMD2016)
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2016-09-22
• [学会発表] Numerical analysis of multi-layered anisotropic high viscous fluid using a particle method for press molding of CFRTP (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryosaku Shino, Tasuku Tamai, Seiichi. Koshizuka, Arata Maki, Takeshi Ishikawa
  • 学会等名: The 13th International Conference on Flow Processes in Composite Materials (FPCM 13)
  • 発表場所: Kyoto Institute of Technology(Kyoto, Japan)
  • 年月日: 2016-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] Generalization of meshfree compact schemes and their applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Tamai, and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: ECCOMAS Congress 2016
  • 発表場所: Creta Maris' Conference Center(Crete Island, Greece)
  • 年月日: 2016-05-05
  • 国際学会
• [学会発表] An implicit time integration algorithm for anisotropic high viscous incompressible flow (2015)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Tamai, and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: 第２９回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス (福岡県春日市)
  • 年月日: 2015-12-15
• [学会発表] Numerical analysis of sloshing flow using least squares moving particle semi-implicit method (2015)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Tamai and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: 3rd Deans’Forum Workshop on Resilience Engineering
  • 発表場所: The University of Tokyo, Hongo campus (Bunkyo-ku, Tokyo, Japan)
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 粒子法のための半陰解法による表面張力モデリング (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉井 佑，越塚 誠一
  • 学会等名: 日本機械学会第２８回計算力学講演会
  • 発表場所: 横浜国立大学 (神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2015-10-12
• [学会発表] A Convection Scheme for Incompressible Flows by Particle Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Fangyuan Hu, Takuya Matsunaga, Tasuku Tamai, and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: 日本機械学会第２８回計算力学講演会
  • 発表場所: 横浜国立大学 (神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2015-10-12
• [学会発表] CFRTPプリプレグのプレス成形のための粒子法異方性高粘度流体解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 志野 亮作，玉井 佑，越塚 誠一，真木 晶，石川 健
  • 学会等名: 日本機械学会第２８回計算力学講演会
  • 発表場所: 横浜国立大学 (神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2015-10-12
• [学会発表] A Structure Preserving Meshfree Spatial Discretization Scheme (2015)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Tamai and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: 3rd International Workshops on Advances in Computational Mechanics
  • 発表場所: KFC Hall & Rooms (Sumida-ku, Tokyo, Japan)
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Conservative Particle Mechanics (2015)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Tamai and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: 4th International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications
  • 発表場所: Barcelona (Spain)
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] Numerical Analysis of Anisotropic High Viscosity Fluid for Press Molding of Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastic (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryosaku Shino, Tasuku Tamai, Seiichi Koshizuka, Akira Maki, and Takeshi Ishikawa
  • 学会等名: 4th International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications
  • 発表場所: Barcelona (Spain)
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] 粒子法を用いた異方性高粘度流体解析に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 志野 亮作，玉井 佑，越塚 誠一，真木 晶，石川 健
  • 学会等名: 第20回計算工学講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場 (茨城県つくば市)
  • 年月日: 2015-06-08
• [学会発表] Fundamental study of Moving Particle eXplicit(MPX) method (2015)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Tamai and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: 1st Pan-American Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Buenos Aires (Argentina)
  • 年月日: 2015-04-27
  • 国際学会
• [学会発表] [Keynote lecture]High Viscosity Flow Analysis using Moving Particle Simulation Methods (2015)
  • 著者名/発表者名: Seiiichi Koshizuka, Shogo Kaito, Tasuku Tamai, Kouhei Murotani, and Kazuya Shibata
  • 学会等名: The 18th International Conference on Finite Elements in Flow Problems (FEF2015)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] Simulation of Endolymph Flow Dynamics in the Human Semicircular Canals based on Magnetic Resonance Images using the Moving Particle Semi-implicit Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Chieh Chen, Tasuku Tamai, Kazuya Shibata, and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: The 18th International Conference on Finite Elements in Flow Problems (FEF2015)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] Convergence Study and Recent Advances of Least Squares Moving Particle Semi-implicit Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Tamai, and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: The 18th International Conference on Finite Elements in Flow Problems (FEF2015)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] 高次精度粒子法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 玉井佑
  • 学会等名: ミニワークショップ 粒子法－数値計算と数学解析
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス、福岡県
  • 年月日: 2015-02-18 – 2015-02-19
  • 招待講演
• [学会発表] Least Squares Moving Particle Semi-implicit法の離散化スキームをい用いたPoisson方程式の収束性に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 玉井佑、越塚誠一
  • 学会等名: 日本機械学会第27回計算力学講演会 (CMD2014)
  • 発表場所: 岩手大学工学部、岩手県
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-24
• [学会発表] Large-Scale Tsunami Analsis on Urban Area using MPS-FE Fluid Structure Interaction Coupled Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Kouhei Murotani, Seiichi Koshizuka, Naoto Mitsume, Shinobu Yoshimura, Kazuya Shibata, Tasuku Tamai, Satoshi Tanaka, Kyoko Hasegawa, and Toshimitu Fujisawa
  • 学会等名: The 14th Asia Simulation Conference and The 33rd JSST Annual Conference
  • 発表場所: Kita kyusyu, Japan
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [学会発表] Zoom up tsunami analysis on urban areas by three analyses stages using hierarchical domain decomposition in explicit MPS method (2014)
  • 著者名/発表者名: Kouhei Murotani, Seiichi Koshizuka, Hiroshi Kanayama, Kazuya Shibata, Tasuku Tamai, Naoto Mitsume, Shinobu Yoshimura, Satoshi Tanaka, Kyoko Hasegawa, and Toshimitsu Fujisawa
  • 学会等名: 11th World Congress on Computational Mechanics (ECCM XI)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] Fundamental Study on Least Squares Moving Particle Semi-implicit Metho (2014)
  • 著者名/発表者名: Tasuku Tamai, Kazuya Shibata, Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: 11th World Congress on Computational Mechanics (ECCM XI)
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] 階層型領域分割MPS法を用いた多数の浮遊物が漂流する市街地津波遡上解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 室谷浩平、越塚誠一、玉井佑、柴田和也、三目直登、吉村忍、田中覚、長谷川恭子、藤澤智光
  • 学会等名: 第19回計算工学講演会
  • 発表場所: 広島国際会議場、広島県
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [学会発表] A simulation of Endolymph Flow Dynamics in the Human Semi-circular Canals using the Moving Particle Semi-implicit Method based on Magnetic Resonance Images (2014)
  • 著者名/発表者名: Chieh Chen, Takayuki Okura, Tasuku Tamai, Kazuya Shibata, and Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: 第19回計算工学講演会
  • 発表場所: 広島国際会議場、広島県
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [学会発表] Least Squares Moving Particle Semi-implicit法による自由表面を伴う三次元非圧縮流れの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 玉井佑、柴田和也、室谷浩平、越塚誠一
  • 学会等名: 第19回計算工学講演会
  • 発表場所: 広島国際会議場、広島県
  • 年月日: 2014-06-11 – 2014-06-13