| 研究課題/領域番号 |
22K03542
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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13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
伊藤 伸一 東京大学, 地震研究所, 助教 (10756331)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022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)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022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 | 破壊 / 乾燥亀裂 / 輸送 / フェーズフィールドモデル / データ同化 / 可視化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水と粉の混合物が乾燥してできる破壊パターンは干上がった水田や水たまりなどで日常的に観測される。そのような破壊は亀裂と流体・熱輸送場が相互作用することで進展していくため、物質内部で発生する流体・熱輸送場の動力学を理解することは亀裂の予測へ向けて重要な課題である。本研究では、乾燥亀裂のシミュレーションモデルと実験計測データを融合する大規模データ同化技術による内部流体・熱輸送場の可視化を通して破壊過程の理解を深める。
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| 研究実績の概要 |
水と粉の混合物が乾燥してできる破壊パターンは干上がった水田や水たまりなどで日常的に観測される。そのような破壊は亀裂と流体・熱輸送場が相互作用することで進展していくため、実験・理論の両面から物質内部で発生する流体・熱輸送場の動力学を理解することは亀裂の予測へ向けて重要な課題である。本研究は破壊パターンの実験データと数値シミュレーションを統合するデータ同化の枠組みで統合することで、破壊過程と輸送の相互関係を解析する手法を開発することを研究の目的としている。研究初年度である本年度は、実験設備や実験粉末等のセットアップを整理した上で、表面流れの可視化しデータ同化に用いるデータとして利用することを目的として、粒子画像流速測定法により表面の物質輸送をデータ化する手法を構築した。数値シミュレーションの面では、phase-field法による破壊過程のモデリングを実施し、亀裂進展の過程に流体の拡散過程を取り入れることができるようにした。データ同化解析手法面では、本研究ではデータ同化法として大規模系を取り扱うことができる４次元変分法データ同化法を採用しているが、４次元変分法データ同化法のさらなる高速化・高度化のために、既存の４次元変分法データ同化法と乱択化アルゴリズムを組み合わせることにより高速な推定値評価を行えるように理論を構築した。簡単な数値実験により、提案手法は既存手法における推定コストを大幅に削減できることが確かめられた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度の目標であったフェーズフィールドモデル法によるモデル構築は当初の計画通りに実施できた。実験において既存実験設備の改定のため、本格的な実験の実施にはやや遅れているが、それに向けた準備を整えることができた。さらに、データ解析手法開発においては、当初想定していなかった高速化法を構築できた点で計画以上に進展したといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も引き続き実験の拡充とシミュレーションモデル開発を推進していく。またデータ同化手法についても最新の発展を逐次取り入れ高度化を目指す。本計画で得られた結果は速やかに学会・研究集会等で公表する。
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