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2014 年度 実績報告書

高温超伝導体の実規模電磁界解析に関する高性能数値解析技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 24560321
研究機関山形大学

研究代表者

神谷 淳  山形大学, 理工学研究科, 教授 (00224668)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード高温超伝導薄膜 / クラック / 臨界電流密度 / 非接触測定法 / 永久磁石法 / 誘導法 / 微分代数方程式
研究実績の概要

有限要素法(FEM)と陰的スキームで離散化すると,遮蔽電流密度の初期値・境界値問題は各時間ステップで非線形代数方程式を解く問題に帰着する.この方法は仮想電圧法と呼ばれ,クラックを含む高温超伝導(HTS)薄膜にも適用できる.しかし,仮想電圧法はCPU時間を極端に浪費するという欠点をもつ.本年度の研究目的は,クラックを含むHTS薄膜中の遮蔽電流密度を解析するための高速かつ安定な方法を開発し,同法を用いて走査型永久磁石法(SPM)の性能を数値的に調べることである.
クラックを含む場合,遮蔽電流密度の初期値・境界値問題は準陽的微分代数方程式(DAE)に帰着する.このDAEは標準的なODEソルバーで解くこともできるが,その解法には多大なCPU時間が必要となる.計算量を大幅に減少させる目的で,本研究では,ブロックLU分解をODEソルバーのベクトル値関数評価部分に実装することを提唱した.
提案法と仮想電圧法のスピードを比較するために,両法に要するCPU時間を測定した.その結果,節点数nが1000以上では,提案法は仮想電圧法よりも高速であった.特に, n=3007では,提案法は仮想電圧法の5.3倍以上のスピードを示す.これらの結果から,提案法はクラックを含むHTS薄膜中の大規模遮蔽電流密度解析に特に有効であると結論付けることができる.
提案法を用いて遮蔽電流密度を解析する高速シミュレーション・コードを開発し, 複数クラックをSPMで区別できるか否かを数値的に調べた.その結果,複数クラックはSPMの解像度を著しく劣化させることが判明した.

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] High-Performance Method for Analyzing Shielding Current Density in HTS Film: Application to Scanning Permanent Magnet Method2015

    • 著者名/発表者名
      A. Kamitani, T. Takayama and S. Ikuno
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Appl. Supercond.

      巻: 25 ページ: 9000505

    • DOI

      10.1109/TASC.2014.2373658

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical Simulation of Permanent Magnet Method: Applicability to Crack Detection in High-Temperature Superconducting Film2015

    • 著者名/発表者名
      A. Kamitani, T. Takayama and A. Saitoh
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Magn.

      巻: 51 ページ: 印刷中

    • DOI

      DOI: 10.1109/TMAG.2014.2360934

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical investigations on applicability of permanent magnet method to crack detection in HTS film2014

    • 著者名/発表者名
      A. Kamitani, T. Takayama and A. Saitoh
    • 雑誌名

      PHYSICA C-SUPERCONDUCTIVITY AND ITS APPLICATIONS

      巻: 504 ページ: 57-61

    • DOI

      10.1016/j.physc.2014.04.016

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical Investigations on Crack Identification in High-Temperature Superconducting Film2014

    • 著者名/発表者名
      A. Kamitani, T. Takayama, S. Ikuno and H. Nakamura
    • 雑誌名

      Plasma Fusion Res.

      巻: 9 ページ: 3405085

    • DOI

      10.1585/pfr.9.3405085

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Speed-Up Technique of Extended Boundary Node Method for Large-Scale Simulation2014

    • 著者名/発表者名
      A. Saitoh, A. Kamitani and H. Nakamura
    • 雑誌名

      Plasma Fusion Res.

      巻: 9 ページ: 3401061

    • DOI

      10.1585/pfr.9.3401061

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical Investigation on Crack Detection in HTS Film: Accuracy of Scanning Permanent Magnet Method2014

    • 著者名/発表者名
      T. Takayama and A. Kamitani
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Appl. Supercond.

      巻: 24 ページ: 9001505

    • DOI

      10.1109/TASC.2013.2290711

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Acceleration Technique for Extended Boundary-Node Method2014

    • 著者名/発表者名
      A. Saitoh, T. Itoh, N. Matsui and A. Kamitani
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Magn.

      巻: 50 ページ: 7011404

    • DOI

      10.1109/TMAG.2013.2285587

    • 査読あり
  • [学会発表] 拡張境界節点法による Grad-Shafranov 方程式の境界値問題の数値解法2015

    • 著者名/発表者名
      齋藤歩,伊東拓,松井伸之,神谷淳
    • 学会等名
      2014年度【プラズマ壁相互作用に関する新規シミュレーション手法開発に関する研究会】第1回非線形・可視化部門研究会
    • 発表場所
      核融合科学研究所
    • 年月日
      2015-01-27 – 2015-01-27
  • [学会発表] HTS薄膜内遮蔽電流密度解析の高速化2015

    • 著者名/発表者名
      高山彰優,神谷淳
    • 学会等名
      2014年度【プラズマ壁相互作用に関する新規シミュレーション手法開発に関する研究会】第1回非線形・可視化部門研究会
    • 発表場所
      核融合科学研究所
    • 年月日
      2015-01-27 – 2015-01-27
  • [学会発表] 拡張境界節点法によるGrad-Shafranov方程式の数値解法2014

    • 著者名/発表者名
      齋藤歩,伊東拓,松井伸之,神谷淳
    • 学会等名
      第23回MAGDAコンファレンス in 高松
    • 発表場所
      サンポート高松
    • 年月日
      2014-12-05 – 2014-12-05
  • [学会発表] HTS薄膜内遮蔽電流密度の高速解析2014

    • 著者名/発表者名
      高山彰優,神谷淳
    • 学会等名
      第23回MAGDAコンファレンス in 高松
    • 発表場所
      サンポート高松
    • 年月日
      2014-12-04 – 2014-12-04
  • [学会発表] Numerical Investigation on Defect Identification in HTS Film by Contactless Methods2014

    • 著者名/発表者名
      T. Takayama, A. Kamitani
    • 学会等名
      The 27th International Symposium on Superconductivity
    • 発表場所
      Tower Hall Funabori
    • 年月日
      2014-11-27 – 2014-11-27
  • [学会発表] Numerical Simulation of Contactless Crack-Detection Method in HTS Film: Acceleration with Block LU Decomposition2014

    • 著者名/発表者名
      A. Kamitani, T. Takayama, A. Saitoh
    • 学会等名
      The 27th International Symposium on Superconductivity
    • 発表場所
      Tower Hall Funabori
    • 年月日
      2014-11-26 – 2014-11-26
  • [学会発表] High-Performance Method for Analyzing Shielding Current Density in High-Temperature Superconducting Film with Cracks2014

    • 著者名/発表者名
      T. Takayama and A. Kamitani
    • 学会等名
      The 33rd JSST International Conference on Simulation Technology (JSST 2014)
    • 発表場所
      Kitakyushu International Conference Center
    • 年月日
      2014-10-30 – 2014-10-30
  • [学会発表] クラックを含む高温超伝導薄膜内を流れる遮蔽電流密度の高性能解析2014

    • 著者名/発表者名
      高山 彰優,神谷 淳
    • 学会等名
      日本応用数理学会
    • 発表場所
      政策研究大学院大学
    • 年月日
      2014-09-04 – 2014-09-04
  • [学会発表] RBF型関数の違いが拡張境界節点法の性能に与える影響2014

    • 著者名/発表者名
      齋藤 歩, 伊東 拓, 松井 伸之, 神谷 淳
    • 学会等名
      日本応用数理学会
    • 発表場所
      政策研究大学院大学
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-03

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公開日: 2016-06-03  

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