| 研究課題/領域番号 |
21K17753
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
岸本 誠也 日本大学, 理工学部, 助手 (90843053)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 複合物理解析 / 電磁界解析 / 電磁波 / 有限差分法 / FILT / マルチフィジックス / 時間応答解析 |
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| 研究実績の概要 |
２０２１年度は①電磁界の逐次計算を行わず、特定の観測時間までの消費エネルギー等を扱う方法と② FILT法による熱および弾性波の数値シミュレーション方法に関する研究を主に行った。これらのテーマに関する研究実績の概要は以下の通りである。
①電磁界の逐次計算を行わず、特定の観測時間までの消費エネルギー等を扱う方法：誘電損失や導体損失などで消費・吸収される電磁界のエネルギーについて、逐次計算のように時間応答を計算する事なく、ある観測時間までの消費エネルギーを計算する手法を開発した。開発法は、複素平面上で定義される電磁界の畳み込み積分を、数値逆ラプラス変換（FILT : Fast inverse Laplace transform）法に基づいて効率的に数値計算できる。本提案法の定式化と計算コードを作成、特定の観測時間までの消費エネルギー計算法を確立し、従来の逐次計算に基づくエネルギーと同等の結果が得られることを確認した。これより、任意の時間までの消費エネルギーや、パルス波入射時の吸収電力などを直接的に求めることが可能となった。
②FILT法による熱および弾性波の数値シミュレーション方法に関する研究：熱伝導の支配方程式を複素周波数領域で展開し、その解をFILT法により時間領域に変換する手法を確立した。また、弾性波シミュレーションの検討として、空気中を伝わる音波解析についてFILT法を適応した数値シミュレーション法を検討し、定式化および計算コードの作成を行った。これらより熱・音響場の観測時間における状態を逐次計算なしで求めることが可能となった。計算結果の検証として、数学的に求めた解と提案法を比較し計算精度を検証した。また、有用性の検証として、任意時間の温度分布や音圧分布が得られること、時間刻み幅を対数間隔でサンプリングすることが可能であることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
２０２１年度においては、以下の得られた研究成果と取り組みにより、本研究はやや遅れていると判断する。
①電磁界の逐次計算を行わず、特定の観測時間までの消費エネルギー等を扱う方法：当初の研究計画の通り、ある観測時間までの電磁界消費エネルギーを逐次計算を行わずに計算する手法に取り組んだ。提案法の定式化や計算コードの作成を行い、計画時の仮定通りの想定で効率的な計算方法の提案が可能となった。検証として従来の逐次計算との比較を行い、得られた解の精度検証まで行うことができた。しかし、定式化・計算コードの確認、解析結果の妥当性検証に計画以上の時間を費やしたため、提案法を次の計画項目に発展させる過程に取り組むことができていない。
②FILT法による熱および弾性波の数値シミュレーション方法に関する研究：FILT法を用いた熱伝導の数値シミュレーション方法について、解析法の定式化や計算コードは作成していたが、追加で誘電体基板上の熱伝導など具体的な問題解析の検証などに取り組んだ。結果として提案法の有用性検証として有意な結果が得られたが、本来の計画に組み込む予定であった熱輻射・熱拡散などの検討が進んでいない。一方、弾性波の数値シミュレーション法については、気体中の弾性波である音波シミュレーションについてＦＩＬＴ法の適応について検討し、十分な検証が行えた。これより２０２２年度に取り組む予定である、固体中を伝搬する弾性波の検討準備が完了した。
これらより本研究課題のペースとなる項目①は概ね目標を達成できたが、項目②は検討が遅れている項目となり、項目①の発展の遅れと合わせ、総合的に現在までの達成度はやや遅れていると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究推進方策は立案時の研究計画に従い実施する。特に２０２２年度は、①電磁界の逐次計算を行わず、特定の観測時間までの消費エネルギー等を扱う方法、② FILT法による熱および弾性波の数値シミュレーション方法に関する研究、③熱―電磁界を練成する方法について検討を行う。
①電磁界の逐次計算を行わず、特定の観測時間までの消費エネルギー等を扱う方法：計算方法の定式化・計算コードの作成は完了している。しかし、従来法との比較等、最低限の妥当性検証のみ行っているため、引き続き検証を行う。
②FILT法による熱および弾性波の数値シミュレーション方法に関する研究：熱伝導の数値シミュレーション法の拡張に一部遅れがあるが、当初の予定通り、２０２２年度は固体中の弾性波解析について検討を行う。これは、熱現象の数値シミュレーション法については項目③の熱―電磁界解析を練成する方法についての検討を優先して行うためである。熱シミュレーション法の拡張については、複合物理解析法の検討が完了した後に検討する。固体中を伝搬する数値シミュレーション法については、２０２１年度に実施した音波シミュレション法を拡張するように検討を進める。
③ 熱―電磁界解析を練成する方法の検討：項目①と②を組み合わせ、ＦＩＬＴ法を用いた熱解析と電磁界解析を組み合わせた複合物理解析方法について検討を行う。第１段階として、電磁界解析で求めた消費エネルギーをジュール熱として熱解析に組み込む方法について検討を進める。第２段階として、熱解析によって得られた温度分布から物質定数を変化させ電磁界に与える影響を組み込む。第３段階として、それぞれの現象間の相互作用を組み込む間隔について検討を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
所属研究機関の方針より、当該年度の海外渡航に制限がされたため、国際会議への参加が不可となった。このため、計画段階で計上していた旅費を次年度に繰り越した。また、計画段階では論文投稿費を計上していたが、採択結果通知が年度末に集中し、支払に割り当てられなかったため、該当予算を次年度以降に繰り越した。
旅費については、海外・国内の研究調査に充当する。論文投稿費については引き続き、オープンアクセス誌への論文投稿を行い、投稿費に充当する。
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