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2012 年度 実績報告書

GPUアクセラレートされたPhase-Field法に基づく複合組織鋼の材質予測

研究課題

研究課題/領域番号 23760088
研究機関東京農工大学

研究代表者

山中 晃徳  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50542198)

キーワードフェーズフィールド法 / GPU / 材質予測 / 鉄鋼材料 / 有限要素法
研究概要

本研究では、高性能な計算機アクセラレータであるGPUにより高速化したフェーズフィールドシミュレーションを用いて、鉄鋼材料中の複相組織の形態や各相の空間分布、残留応力分布を予測するとともに、その予測結果を基に鉄鋼材料の力学特性を定量的に評価可能な組織・特性評価シミュレーション法を確立することを目的として研究を行った。平成24年度においては、平成23年度に構築した結晶塑性有限要素法とマルチフェーズフィールド法を用いた加工オーステナイト相からのフェライト変態挙動の予測モデルを3次元モデルへ拡張するとともに、複数GPUによる超高速化を行った。その結果、前年度開発したマルチフェーズフィールド法の単一GPU計算に比べて、更なる高速化が可能となり、フェライト相の3次元形態評価が短時間で効率的に行えるようになった。また、鉄鋼材料の強化相として重要なマルテンサイト相の3次元形態形成予測のための結晶塑性フェーズフィールドモデルも構築し、上記の研究成果を組み合わせることで、高強度鋼の複相組織予測が可能となる。一方、マルチフェーズフィールド法で予測される鉄鋼材料のミクロ組織形態に基づき力学特性を予測するために、弾塑性大変形有限要素法とマルチフェーズフィールド法を組み合わせた材質予測モデルを構築した。平成24年度は、本手法を用いてフェライト+マルテンサイト二相鋼中のフェライト相形態に依存した応力ひずみ曲線や内部応力分布の評価が可能となった。当初の目標であった、相変態を伴う鉄鋼材料の塑性加工シミュレーションを実施するためのフェーズフィールド法と有限要素法の強連成解析は実施できなかったが、今後の研究により、本研究で実現したされた3次元マルチフェーズフィールド法の超高速GPU計算手法と、現在開発中の動的陽解法をソルバーとして用いた結晶塑性有限要素法を組み合わせることで、この目標は達成されると期待できる。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Simulation of Microstructure Evolution and Deformation Behavior for Dual-phase Steel by Multi-phase-field Method and Elastoplastic Finite Element Method2013

    • 著者名/発表者名
      A. Yamanaka and T. Takaki
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

      巻: 7 ページ: 16-23

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiphase Field Simulation of Austenite-to-Ferrite Transformation Accelerated by GPU Computing2012

    • 著者名/発表者名
      Akinori Yamanaka, Tomohiro Takaki, Takayuki Aoki and Takashi Shimokawabe
    • 雑誌名

      Journal of Computational Science and Technology

      巻: 6 ページ: 182-197

    • DOI

      10.1299/jcst.6.182

    • 査読あり
  • [学会発表] Extra Large Scale Phase-field Simulations during Directional Solidification of Binary Alloy2012

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Takaki, Takashi Shimokawabe, Akinori Yamanaka and Takayuki Aoki
    • 学会等名
      7 th International Conference on Modeling in Crystal Growth
    • 発表場所
      The Grand Hotel, Taipei, Taiwan
    • 年月日
      20121028-20121031
  • [学会発表] Three-dimensional Simulation of Martensitic Transformation in Steel by using Crystal Plasticity Phase-Field Model2012

    • 著者名/発表者名
      Akinori Yamanaka and Tomohiro Takaki
    • 学会等名
      6 th International Conference on Multiscale Materials Modeling
    • 発表場所
      Biopolis(Conference Venue), Singapore
    • 年月日
      20121015-20121019
  • [学会発表] New Multi-Scale Hot-Working Model for Dynamic Recrystallization2012

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Takaki, Akinori Yamanaka and Yoshihiro Tomita
    • 学会等名
      6 th International Conference on Multiscale Materials Modeling
    • 発表場所
      Biopolis(Conference Venue), Singapore
    • 年月日
      20121015-20121019
  • [学会発表] GPUによるMulti-Phase-Fieldシミュレーションの高速化評価2012

    • 著者名/発表者名
      山中晃徳、高木知弘
    • 学会等名
      日本機械学会 第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      計算科学振興財団FOCUS, 兵庫県神戸市
    • 年月日
      20121006-20121009
  • [学会発表] 熱間加工マルチスケールモデルの構築と基本特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      高木知弘、山中晃徳、冨田佳宏
    • 学会等名
      日本機械学会 第25回計算力学講演会
    • 発表場所
      計算科学振興財団FOCUS, 兵庫県神戸市
    • 年月日
      20121006-20121009
  • [学会発表] GPU スパコンTSUBAME 2.0 によるフェーズフィールド法を用いた2 petaflops 樹枝状凝固成長計算2012

    • 著者名/発表者名
      下川辺隆史、青木尊之、高木知弘、山中晃徳、額田彰
    • 学会等名
      日本計算工学会 第17回計算工学講演会
    • 発表場所
      京都教育文化センター, 京都府京都市
    • 年月日
      20120529-20120531
  • [備考] 東京農工大学大学院工学府機械システム工学専攻 山中研究室

    • URL

      http://www.tuat.ac.jp/~yamanaka/index.html

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公開日: 2014-07-24  

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