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2012 年度 実績報告書

GPUを用いた粒子法シミュレーションの高速化に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 21360044
研究機関東京大学

研究代表者

越塚 誠一  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80186668)

研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2013-03-31
キーワード粒子法 / 陽解法 / 並列計算 / 自由表面流れ / 津波 / 大変形 / 生体 / 呼吸運動
研究概要

本研究では、GPU(Graphics Processing Unit)を用いた大規模高速計算のための粒子法の研究(MPS(Moving Particle Simulation)法)を行った。具体的には、以下の2項目の研究を実施した。
(1) 陽解法を用いた非圧縮性流れの計算精度および高速化に関する研究
平成21~23年度の研究により、非圧縮性流れの計算では、マッハ数を仮想的に調節した疑似圧縮性流体に対する陽解法が高速であり、計算精度はあまり低下せず、大規模問題に対する並列計算に適していることが示された。そこで平成24年度は、この陽解法に対して剛体-流体連成解析アルゴリズムを開発し、連成解析が適切に行われていることを検証した。本アルゴリズムを用いて漂流物(港に係留されている船舶)を伴う津波の遡上解析を行い、その有用性を示した。また、実地形3次元津波遡上解析を行うため、津波波源から沿岸までを2次元浅水方程式によって計算するコードの出力結果を波の入力の境界条件として設定できるようにした。これにより、東日本大震災における石巻市への津波遡上解析を行った。 さらに、陽解法を2段階で領域分割するアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムを用いれば、GPUクラスターによる大規模計算が可能になる。
(2) 陽解法を用いた弾性解析の計算精度および高速化に関する研究
大変形に適用可能な弾性解析を陽解法で行うアルゴリズムを平成21~23年度の研究により開発し、平成24年度はこれを生体に適用した。肺の呼吸による変形に関して、患者の医用画像と比較することで精度の検証をおこなった。また、肋骨を剛体と弾性体の組み合わせとしてモデル化し、胸骨による呼吸運動のシミュレーションを行った。本シミュレーションについても医用画像を用いることで精度の検証を行った。

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2012

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Hamiltonian MPS粒子法によるReissner-Mindlinシェルの解析モデル2012

    • 著者名/発表者名
      邵陽, 伊藤広貴, 柴田和也, 越塚誠一
    • 雑誌名

      日本計算工学会論文集

      巻: 2012 ページ: No.20120013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 粒子法による固体解析2012

    • 著者名/発表者名
      越塚誠一
    • 雑誌名

      冷凍

      巻: 87 ページ: 529-533

    • 査読あり
  • [学会発表] Moving Particle Simulation for Tsunami with Floating Objects2012

    • 著者名/発表者名
      S. Koshizuka, M. Oochi, K. Shibata
    • 学会等名
      4th Int. Conf. Computational Methods (ICCM2012)
    • 発表場所
      オーストラリア・ゴールドコースト
    • 年月日
      20121125-20121127
  • [学会発表] A Quasi-4DCT Imaging Method Based on a Physics-based Respiratory Simulation2012

    • 著者名/発表者名
      H. Ito, S. Koshizuka, A. Haga, K. Nakagawa
    • 学会等名
      Int. Forum on Medical Imaging in Asia 2012 (IFMIA2012)
    • 発表場所
      大韓民国・テジョン
    • 年月日
      20121116-20121117
  • [学会発表] Hierarchical Domain Decomposition Explicit MPS Method for a Billions-of-Particle Analysis2012

    • 著者名/発表者名
      K. Murotani, M. Oochi, T. Fujisawa, S. Koshizuka
    • 学会等名
      KSME-JSME Joint Symposium on Computational Mechanics & CAE 2012
    • 発表場所
      石川県金沢市
    • 年月日
      20120912-20120912
  • [学会発表] Moving Particle Simulation Using an Explicit Algorithm for Large-Scale Free Surface Flow Analysis2012

    • 著者名/発表者名
      S. Koshizuka, K. Shibata, M. Oochi,K. Murotani, T. Tamai, S. Koshimura
    • 学会等名
      10th World Congress on Computational Mechanics (WCCM 2012)
    • 発表場所
      ブラジル・サンパウロ
    • 年月日
      20120708-20120713
  • [学会発表] Moving Particle Simulation for Fluid Dynamics - Recent Developments and Applications - [Semi Plenary]2012

    • 著者名/発表者名
      S. Koshizuka
    • 学会等名
      10th World Congress on Computational Mechanics (WCCM 2012)
    • 発表場所
      ブラジル・サンパウロ
    • 年月日
      20120708-20120713
    • 招待講演

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公開日: 2014-07-24  

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