| 研究課題/領域番号 |
21K11920
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分60100:計算科学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
牛島 省 京都大学, 学術情報メディアセンター, 教授 (70324655)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 流体固体連成計算 / マルチフェイズモデル / 固気液多相場 / 粒子層内部流動化 / 間隙水圧 / 浸透流 / 並列計算 / マルチグリッド法 / 流体・固体連成計算 / 数値流体力学 / 内部流動化 / 流体固体連成 / 固体間連成 / 礫層内部流動化 / 固液相変化 / 密度流 / 間隙流 / 粘弾性流体 / 固体力学 / 多相連成災害 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
津波・高潮・洪水に伴う土砂・漂流物輸送や，地震時に生ずる砂地盤の液状化などの自然災害は，現象の素過程に着目すると，固気液相が複雑に影響する多相連成現象である．この多相連成現象に対して，マクロな挙動に対する経験則ではなく，現象の力学的素過程を直接再現し，その具体的なメカニズムを解明するための計算力学手法を構築する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では、水流と土粒子の力学的な関係など、ミクロスケールの流体・固体連成現象の素過程を数値計算手法に組み込み、これを大規模並列計算することにより、複雑な現象を精度良く再現する評価方法を確立することを目的として行われ、以下の成果が得られた。(1)底面から流入する上昇水流による飽和粒子層の内部流動化と破壊に至る過程を粒子スケールの連成解法で大規模計算した結果、粒子運動に対する粒子形状の影響や、間隙水圧の時間変化を再現できることが確認された。(2)素過程を扱う流体・固体連成計算法は、負荷の大きい計算となるため、圧力ポアソン方程式の数値解法にマルチグリッド前処理法を導入し、計算高速化を実現した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
土粒子層の浸透破壊や内部流動化現象などを対象とする計算手法では、これまで粒子スケールの現象、すなわち各粒子の運動や局所的な間隙水圧を正確に扱う手法はほとんどなく、対象領域全体を連続体などとして扱う手法が多かった。本研究では、流体固体連成現象の素過程に着目し、これを計算手法に組み込み、大規模並列計算を利用することにより、多相場が連成する災害現象の基本的な部分をある程度正確に評価できる計算手法を構築した。実験との比較により、粒子形状の影響や間隙水圧の変化が再現できることが示された。また、マルチグリッド前処理法を圧力計算に組み込むことにより、大規模並列計算をより効率的に行うことを可能にした。
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