2023 年度研究成果報告書

高精度・高速な高電圧感電時の人体内部の電流密度-熱伝導-構造連成解析

研究課題

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研究課題/領域番号	22K21281
研究種目	研究活動スタート支援
配分区分	基金
審査区分	1001:情報科学、情報工学およびその関連分野
研究機関	秋田工業高等専門学校
研究代表者	野村政宗秋田工業高等専門学校, 創造システム工学科、電気電子情報系, 助教 (90967259)
研究期間 (年度)	2022-08-31 – 2024-03-31
キーワード	数値人体モデル / 感電解析 / 電気-熱-構造連成解析 / 並列計算 / ADVENTURE / 大規模計算
研究成果の概要	本研究では、ADVENTUREシステムを用いた人体の「静電界」-「熱」-「構造」連成解析手法の開発を行った。並列計算機をADVENTUREに導入することで、ボトルネックであった人体の構造解析の計算時間を大幅に短縮することができた。また、「静電界」-「熱」の数値解析結果から、家庭内で100Vの感電の場合、熱的影響はほとんど得られなかったが、6,600Vの電線によるものでは、人体内部の熱影響に大きな違いが見られた。次に22,000Vの変電所での感電では、感電部から瞬間的に熱が拡散することがわかった。さらに「熱」-「構造」解析では、大幅に収束性が悪化し、計算時間が増加することが分分かった。
自由記述の分野	計算科学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究は、まず、数値人体モデルの問題点である、辺接触・点接触境界を面接触に修正することで表面境界を抽出したモデルを作成できた。本モデルは、「電磁界」、「音響」、「静磁界」など様々な他の数値解析に関する研究に応用することができる。また、本解析の一旦（例えば「静電界」-「熱」）を示すことで、電気作業員の感電に関する危機意識の教育につながると確信している。さらに、本解析では、数値人体モデルの熱応力解析では静電界・熱よりも大幅に計算時間が悪くなるという新たな課題も見出すことができ、おそらく世界で初めて人体モデルを丸々用いた「静電界」-「熱」-「構造」連成解析の第一次的な近似である数値解析例である。