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2011 年度 実施状況報告書

Maxwell方程式の周期多重極法における前処理法と基底関数に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 23560068
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)
研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2014-03-31
キーワード前処理 / Calderonの式 / Maxwell方程式 / 双対基底
研究概要

平成23年度は,理論的には自然と考えられる四角形要素のうち,最も簡単であると考えられる区分線形要素を実装して,その前処理効果を検討した.具体的には,3次元Maxwell方程式の2領域問題(外部問題+補領域の内部問題)において,PMCHWT定式化に基づく積分方程式を四角形要素によって離散化し,これを実装することによって,方程式の正しい並び方とGram 行列による簡単な前処理のみでCalderon の式 に基づく前処理効果が得られることを実証した.より詳細には、まず最初に,これらの基底関数を正しく用いた境界積分方程式の離散行列を得るためのプログラム開発を行なった.非周期問題を考え,多重極法ではない従来型定式化を用いた.次に,内部,外部の物質定数が同じ場合に,理論どおりに少数の反復で収束する前処理行列が得られることを数値的に確かめた.次に,一般の2領域問題において,Calderon の式 に基づく前処理法の構成を行い,考える積分作用素の2乗が2つの固有値を有する特異積分作用素とコンパクト作用素の和となること,その離散化行列がGram 行列により前処理可能であることを示し,数値実験により検証した.さらに前処理の結果,恒等作用素とコンパクト作用素の和となるような,前処理用積分作用素を考案し,その効果を調べた.この結果,正しい基底関数を用いてGram 行列により前処理を行う方法が有用であることが結論された.但し,領域に角がある問題では双対基底を用いた解析は精度の面から必ずしも十分とはいえず、今後の課題となった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

平成23年度の当初目標のうち,四角形要素の基底関数を正しく用いた境界積分方程式の離散行列を得るためのプログラム開発,Calderon の式に基づく前処理法の構成と実装,Galerkin法による離散化行列がGram 行列により前処理可能であることの実証など,主な研究項目はすべて実施し,想定された成果を得ることが出来た.但し,角のある領域での精度の改善が今後の課題となった.しかし,研究が十分早く進行したので,既に国際専門誌に研究内容を投稿し,受理され,電子版が既に出版されたこと,及び電磁界理論シンポジウムにおける新納の講演が学生優秀講演賞を受賞したことなどを考慮すると,上記の判定が妥当であると判断する.

今後の研究の推進方策

前年度の研究の結果,Galerkin 法による離散化以外にも,選点法を用いる方法も有望であることが判明した.特に,双対基底を使用すると,角のある領域で精度を高めることが必ずしも容易でないことが考えられる.そこで,今後は選点法とCalderon の前処理法を用いた算法についても検討する.また,PMCHWT定式化と並んで,transmission問題の有力な算法であるMueller の方法についても検討を行う.さらには,これらの定式化を多重極化し,これを周期化する.これらの研究と並行して,当初の研究計画どおり,角のある領域でもGalerkin 法によって高精度の解析が可能となるような高次要素や,不連続要素も検討し,従来型の積分方程式法においてその効果を検証する.さらにはこれらの多重極化,周期化も行って行きたい.

次年度の研究費の使用計画

次年度も本年の実績とほぼ同様に,成果発表,資料収集を目的とした旅費が主要な研究費の使途であり,加えて,大型計算機の使用料金に支出する予定である.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Calderon preconditioning approaches for PMCHWT formulations for Maxwell's equations2012

    • 著者名/発表者名
      K. Niino and N. Nishimura
    • 雑誌名

      International Journal of Numerical Modelling : Electronic Networks, Devices and Fields

      巻: vol.25 ページ: 558-572

    • DOI

      10.1002/jnm.1834

  • [学会発表] PMCHWT定式化を用いた電磁波動散乱問題におけるCalderon の式に基づく前処理について2012

    • 著者名/発表者名
      新納 和樹,西村直志
    • 学会等名
      第61 回理論応用力学講演会
    • 発表場所
      東京大学生産技術研究所
    • 年月日
      2012年3月9日
  • [学会発表] 電磁波動散乱問題のPMCHWT定式化におけるCalderon の式を用いた前処理について2011

    • 著者名/発表者名
      新納 和樹,西村直志
    • 学会等名
      第40回電磁界理論シンポジウム
    • 発表場所
      雨晴温泉 磯はなび コンベンションホール立山
    • 年月日
      2011年11月19日
  • [学会発表] 電磁波散乱問題における Calderon の式に基づく前処理について2011

    • 著者名/発表者名
      新納 和樹,西村直志
    • 学会等名
      日本機械学会第 24 回計算力学講演会
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2011年10月8日

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公開日: 2013-07-10  

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