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2010 年度 実績報告書

周期的領域の周期・非周期波動問題における高速多重極法の研究

研究課題

研究課題/領域番号 20360047
研究機関京都大学

研究代表者

西村 直志  京都大学, 情報学研究科, 教授 (90127118)

研究分担者 吉川 仁  京都大学, 情報学研究科, 講師 (90359836)
キーワード高速多重極法 / 波動問題 / 周期問題 / 前処理 / Maxwell方程式 / 弾性波動
研究概要

我々の開発した波動問題の周期高速多重極法はフォトニック結晶やメタマテリアルなど、種々の工学的応用を有している。しかし、その適用範囲は完全な周期構造に限られる。本研究は、波動問題における周期高速多重極法の適用範囲を拡大し、Helmholtz方程式、Maxwell方程式、及び弾性波動方程式において、周期構造に周期的でない境界条件を与えた問題や、構造の周期性に乱れがある問題などの高速多重極法による解法を開発する事を目的とする。平成22年度は、共振アノマリの対策としてCalderonの式を利用した前処理法について研究した。Maxwell方程式への応用を意識して、Helmholtz方程式のGalerkin法を用いた解法を取り扱い、方程式を正しい順番に並べると、Gram行列を前処理行列に用いるだけで十分な前処理効果を期待できることを示した。平面波入射問題では周期境界条件下の散乱問題が常に解けるので、Calderonの式による前処理法によって共振アノマリの問題は解決したと考えられる。なお、Maxwell方程式への拡張は角のない領域では一定の成果を得たが、一般の場合への拡張は今後の課題となった。周期性に乱れのある領域での波動散乱問題についてはFloquet変換を用いた定式化を行い、反復解法によってこれを解く方法を検討し、数値実験により材料定数のコントラストがあまり強くない場合には、解の収束が得られることを確かめた。また、スーパーエレメント法による解との比較によって、その精度を確認することができた。3次元動弾性学におけるNavier-Cauchyの運動方程式の周期多重極法の研究においてもCalderonの前処理を実装し、共振アノマリの場合も含めてその効果を確認した。また、周期構造の単位が非周期方向に長い場合への拡張を実施することができた。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Helmholtz方程式のGalerkin法を用いた周期多重極法におけるCalderonの式に基づく前処理法について2010

    • 著者名/発表者名
      新納和樹、西村直志
    • 雑誌名

      計算数理工学論文集

      巻: 10 ページ: 39-44

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3次元動弾性学の周期多重極法におけるCalderonの式に基づく前処理について2010

    • 著者名/発表者名
      飯盛浩司, 他
    • 雑誌名

      計算数理工学論文集

      巻: 10 ページ: 45-50

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3次元動弾性学の周期多重極法と、その平面2周期構造による散乱問題への適用2010

    • 著者名/発表者名
      飯盛浩司, 他
    • 雑誌名

      応用力学論文集

      巻: 13 ページ: 169-178

    • 査読あり
  • [学会発表] Calderon preconditioners for periodic FMMs in wave transmission problems2011

    • 著者名/発表者名
      N.Nishimura
    • 学会等名
      Trefftz/MFS2011
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan(招待講演)
    • 年月日
      2011-03-17
  • [学会発表] 2次元波動方程式の周期問題の時間域解法について2010

    • 著者名/発表者名
      渡辺慧、西村直志
    • 学会等名
      機械学会計算力学講演会
    • 発表場所
      北見工業大学
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] 3次元動弾性学の2周期境界値問題に対するCalderonの式に基づく前処理について2010

    • 著者名/発表者名
      飯盛浩司, 他
    • 学会等名
      機械学会計算力学講演会
    • 発表場所
      北見工業大学
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] Fast BEMs for elastodynamics and periodic problems2010

    • 著者名/発表者名
      N.Nishimura
    • 学会等名
      NSF workshop on emerging applications and future directions of the boundary element method
    • 発表場所
      Akron, Ohio, USA(招待講演)
    • 年月日
      2010-09-02
  • [学会発表] Preconditioners based on Calderon's formulae for FMMs in periodic wave problems2010

    • 著者名/発表者名
      N.Nishimura
    • 学会等名
      Workshop on Integral equation methods, fast algorithms and application
    • 発表場所
      Minneapolis, USA(招待講演)
    • 年月日
      2010-08-04
  • [学会発表] 3次元動弾性学における周期多重極法とフォノニック結晶の解析へのその適用に関する研究2010

    • 著者名/発表者名
      飯盛浩司、西村直志
    • 学会等名
      計算工学講演会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2010-05-26
  • [学会発表] 3次元Helmholtz方程式の周期境界値問題に対するCalderonの式に基づく前処理について2010

    • 著者名/発表者名
      新納和樹、西村直志
    • 学会等名
      計算工学講演会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2010-05-26
  • [学会発表] A periodic FMM for three dimensional elastodynamics2010

    • 著者名/発表者名
      H.Isakari, et. al.
    • 学会等名
      ECCM2010
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2010-05-19
  • [学会発表] Preconditioning based on Calderon's formulae for periodic boundary value problems for Helmholtz' equations2010

    • 著者名/発表者名
      K.Niino, N.Nishimura
    • 学会等名
      ECCM2010
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2010-05-19

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公開日: 2012-07-19  

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