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衝撃波・岩石破砕を含む噴火シミュレータのための高精度数値計算スキームの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17031008
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京工業大学

研究代表者

青木 尊之  東京工業大学, 学術国際情報センター, 教授 (00184036)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
4,100千円 (直接経費: 4,100千円)
2006年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2005年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
キーワード噴火シミュレータ / 局所補間微分オペレータ法 / AMR法 / 保存形IDO法 / 爆風 / 落石 / 非球形個別要素法 / 岩石モデル / 保存系IDO法 / 爆発シミュレーション / 長時間積分
研究概要

「噴火シミュレータ」をさらに高精度化するための以下の数値計算法の開発を行った。火山噴火は爆風の衝撃波伝播とかなり類似した部分があり圧縮性流体計算を必要とする。非常に狭い領域で大きなエネルギーを短時間に放出し、その影響が広範囲に及ぶ。数値計算手法に求められることとして、噴火口付近の領域に十分細かい計算格子を配置する、密度・圧力の急激な変化に対して安定に計算できるスキームである、長時間積分が可能である、ことが必要である。これらの全てを満足する数値計算手法として、保存形の局所補間微分オペレータ(IDO)法をさらに発展させた。
(1)従来の物理量の値と微係数を従属変数として補間関数を構築するIDO法を値と区間積分値を従属変数として補間関数を構築する方式に変更し、区間積分値に対しては偏微分方程式を区間積分して得られる方程式で時間積分を行い、flux formの保存形IDO法を構築した。
(2)保存形IDO法の精度検証を行い、風上補間の場合には補間関数は2次多項式になるにも関わらず、移流計算の精度は3次精度であることが明らかになった。また、中心補間に対しては4次多項式になり4次精度がでることが分かった。非保存形IDO法と比較して補間関数の多項式の次数は下がるが、フーリエ解析の結果はgainおよびphaseとも非保存形と区別できないほど一致した結果が得られた。
(3)噴火の最中は火口付近の空間解像度を十分高くし、噴火終了後は噴煙を精度よく捕らえるために上空の空間解像度をAdaptiveに高くするAMR (Adaptive Mesh Refinement)法にIDO法を検討した。非保存形IDO法の場合と異なり、Cellのマージ過程に補間操作が無くなり、積分値は単純な足し算となるためこの部分の誤差がゼロであることが分かった。
(4)岩石のモデル化として、複雑な形状を反映するために非球形モデルの個別要素法をさらに発展させ、球形粒子を複雑形状の岩石を多数(1000個)配置し、斜面を転がり落ちる落石過程をより高精度化した。また、岩石の慣性モーメントもより忠実に計算する方法に改善した。また、岩石破壊過程のモデルを検討し、計算量の問題から岩石全体の構成粒子を要素バネで連結することは困難であることが判明し、剛体連結したクラスター粒子の間を断裂するバネで連結し落石計算を行った。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2006 2005

すべて 雑誌論文 (22件)

  • [雑誌論文] Fluid Simulation by Using Multi-Moment Scheme and Conservative Formulation.2006

    • 著者名/発表者名
      TAKAYUKI AOKI
    • 雑誌名

      International RIAM Symposium in Kyushu University, Analyses of Strongly Nonlinear Flows around Moving Boundaries. Vol.18特1-1

      ページ: 1-9

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 個別要素法を用いた落石シミュレーション2006

    • 著者名/発表者名
      玉置秀行, 田邉大輔, 青木尊之, 今井陽介
    • 雑誌名

      日本機械学会 第19回計算力学講演会講演論文集 Vol.No.06-9

      ページ: 473-474

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] レイトレーシング法による台風シミュレーションの可視化2006

    • 著者名/発表者名
      佐藤静香, 小川慧, 青木尊之, 今井陽介, 坪木和久, 榊原篤
    • 雑誌名

      日本機械学会 第19回計算力学講演会講演論文集 Vol.No.06-9

      ページ: 721-722

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 地球磁場変動ダイナモシミュレーションにおける大規模データの可視化2006

    • 著者名/発表者名
      加藤茂, 松島政貴, 高橋 太, 青木尊之
    • 雑誌名

      日本機械学会 第19回計算力学講演会講演論文集 Vol.No.06-9

      ページ: 715-716

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 気象におけるマルチスケール・シミュレーション2006

    • 著者名/発表者名
      青木樽之, 坪木 和久
    • 雑誌名

      第49回 自動制御連合講演会・講演論文集 Nov(CD-ROM)

    • NAID

      130004599930

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] High-Accurate Numerical Simulation for Flow Phenomena.2006

    • 著者名/発表者名
      TAKAYUKI AOKI
    • 雑誌名

      Proceedings of 3rd International Workshop on New Fronters in Computational Geotechniques. Oct(CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 保存形IDO法による圧縮性および非圧縮性流体解法2006

    • 著者名/発表者名
      今井陽介, 青木尊之, 滝沢研二
    • 雑誌名

      日本機械学会 2006年度年次大会講演論文集 Vol.MECJ-06. No.1

      ページ: 83-84

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 高精度保存形スキームによる自由界面を含む流れの解析2006

    • 著者名/発表者名
      滝沢研二, 今井陽介, 青木尊之
    • 雑誌名

      日本機械学会 2006年度年次大会講演論文集 Vol.MECJ-06. No.1

      ページ: 101-102

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Visualizations in Computational Fluid Dynamics.2006

    • 著者名/発表者名
      TAKAYUKI AOKI
    • 雑誌名

      The 12th International Symposium on Flow Visualization. (CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 重合格子IDO法による移動境界問題の計算2006

    • 著者名/発表者名
      小川 慧, 青木尊之
    • 雑誌名

      日本機械学会 2006年度年次大会講演論文集 Vol.MECJ-06. No.1

      ページ: 89-90

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Stable coupling between vector and scalar variables for the IDO scheme on collocated grids.2006

    • 著者名/発表者名
      T.Aoki, Y.Imai
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics. Vol.215

      ページ: 81-97

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Accuracy study of the IDO scheme by Fourier analysis.2006

    • 著者名/発表者名
      Yohsuke Imai, Takayuki Aoki
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics. Vol.217

      ページ: 453-472

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A higher-order implicit IDO scheme and its CFD application to local mesh refinement.2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Imai, T.Aoki
    • 雑誌名

      Computational Mechanics. Vol.38

      ページ: 211-221

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A Numerical Scheme for Strong Blast Wave driven by Explosion.2006

    • 著者名/発表者名
      Kaori Kato, Takayuki Aoki, Shiro Kubota, Masatake Yoshida
    • 雑誌名

      International Journal for Numerical Methods in Fluids. Vol.51

      ページ: 1335-1353

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] フォトリアリスティック・レンダリングによる科学技術計算のビジュアライゼーション2005

    • 著者名/発表者名
      青木 尊之
    • 雑誌名

      可視化情報学会誌 25,97

      ページ: 117-120

    • NAID

      10015579965

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] コロケート格子における流速と圧力の安定なカップリング手法を用いたIDO法(IDO-SC法)2005

    • 著者名/発表者名
      今井陽介, 青木尊之
    • 雑誌名

      第19回数値流体シンポジウム,日本流体力学会, 60(CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 保存形IDO法2005

    • 著者名/発表者名
      青木尊之, 今井陽介
    • 雑誌名

      第19回数値流体シンポジウム,日本流体力学会 59(CD-ROM)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] IDO法によるコロケート格子での流体計算に対する流速と圧力の安定なカップリング手法2005

    • 著者名/発表者名
      今井陽介, 青木尊之
    • 雑誌名

      日本機械学会・第18回計算力学講演会 講演論文集 05-2

      ページ: 617-618

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] CIP法およびIDO法の計算精度2005

    • 著者名/発表者名
      今井陽介, 青木尊之
    • 雑誌名

      日本機械学会年次大会 講演論文集 05-1,1

      ページ: 101-102

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] AMRを用いた衝撃波による構造物飛散の数値シミュレーション2005

    • 著者名/発表者名
      藤原和恵, 青木尊之, 小川 隆申
    • 雑誌名

      日本機械学会年次大会 講演論文集 05-1,1

      ページ: 81-82

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 微小流路以内大規模気泡流構造に関する数値予測2005

    • 著者名/発表者名
      高瀬和之, 小瀬裕男, 吉田啓之, 青木尊之
    • 雑誌名

      日本機械学会年次大会 講演論文集 05-1,3

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 炉心燃料チャンネル内大規模二相流シミュレーション2005

    • 著者名/発表者名
      高瀬和之, 小瀬裕男, 吉田啓之, 秋本肇, 青木尊之
    • 雑誌名

      日本シミュレーション学会年会 講演論文集

      ページ: 161-164

    • NAID

      10031175670

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2018-03-28  

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