| 研究課題/領域番号 |
17H04682
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| 研究機関 | 青山学院大学 |
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研究代表者 |
楽 詠コウ 青山学院大学, 理工学部, 准教授 (30612923)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 連成シミュレーション / 均質化 / エンリッチメント / オラクル |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，様々な相やスケールの粒状体現象を扱うことを目的として，個別要素と連続体要素によるアプローチを組み合わせた，ハイブリッドなシミュレーション手法の開発を目指す．それぞれのいいとこ取りをしたアルゴリズムを開発し，巨視的・微視的スケールの双方の物理過程を考慮しつつ，大規模な粉粒体シミュレーションの実現を目指す．
今年度は主として，(内部で)剪断変形の局在化が起こる領域を個別要素を用いて高精度に扱うための方法を開発し，また，エンリッチメントにおける質量保存の改善も行なった．まず，連続体要素の歪と歪速度の情報をもとに，剪断変形の局在化領域を自動で検出できるオラクルを開発した．次に，この領域において，個別要素を生成するためのエンリッチメント手法を開発した．剪断変形の局在化が起こる領域は，一般に個別要素が密に接している領域であり，ここに配置した要素同士の接触数が少ないと，個別要素に切り替える瞬間に局所的に不自然な流れが生じてしまう．そこで，要素間の接触数を十分多くし，要素の充填構造が適切に力を伝達できるように配慮するために，粒子構造のトレーニングに基づく要素配置法を開発した．具体的には，密に充填された初期構造をもとに，連続体要素の変形状態を徐々に適用することで，粒子群を配置すべき領域に徐々に動かすアプローチである．この方法により，エンリッチメントにおける質量保存も改善が見られた．さらに，剪断変形の局在化のテストケースとして，シンプルシアー，三軸テスト，プレートインデンテーションテストを設定し，概ね良好なシミュレーション結果を得ることができた．
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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
今年度は予定通りに，剪断変形の局在化が起こる領域で個別要素を利用する連成方法が開発でき，またエンリッチメントにおける質量保存も改善できた．剪断変形の局在化の代表的なテストケースである，シンプルシアー，三軸テスト，プレートインデンテーションテストを用いて，開発した手法によるシミュレーション結果を評価しており，個別要素のみのシミュレーション結果と比較して概ね良好な結果を得ることができている．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，計算手法を改良してより精度を高めていく予定である．解決を図りたい問題は複数あり，一つ目は，剪断変形の局在化領域でのエンリッチメントにおける力学的特性の一貫性の向上である．現状では，個別要素に置き換えた瞬間に一時的に応力が低下する現象が見られ，原因究明と改善を図りたい．二つ目は，連成領域における連続体モデルと個別要素モデル間の整合性の向上である．シンプルシアーなどにおける連成シミュレーションの精度（速度プロファイルなど）は概ね良好だが，連成領域付近で若干の非線形な速度変化が観測されている．モデル間の整合性の高い領域の検出法や連続体モデルの改良などのアプローチを検討していきたい．研究体制は引き続き，コンピュータグラフィクス及び計算物理の専門家であるカナダトロント大学教授Eitan Grinspun氏と，粉粒体の連続体モデリング等の専門家であるMIT准教授Kenneth Kamrin氏らとの国際共同研究体制を継続する．
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