平成21年度 地球シミュレータ利用報告会

安全・安心な持続可能社会のための次世代計算破壊力学シミュレータの開発

発表資料 (812KB)

1. プロジェクト名

安全・安心な持続可能社会のための次世代計算破壊力学シミュレータの開発

Development of the next-generation computational fracture mechanics simulator for constructing safe and sustainable society

2. プロジェクト責任者名

塩谷 隆二 (東洋大学総合情報学部)

Ryuji Shioya

3. プロジェクトの目的

実用大規模構造材料・機器の直接破壊シミュレータをES2上で開発し，低炭素社会構築のカギを握る小型高圧水素貯蔵タンクの超精密破壊解析や，安全・安心社会の基盤である経年化した社会的インフラストラクチャーの超精密破壊解析を通して本技術の確立を目指すことにより，21世紀の持続可能社会の構築に寄与することを目的とする．

4. 今年度当初の計画

  • ・保有システムを統合した三次元き裂進展解析システムの構築並びにES2への移植
  • ・四面体有限要素用三次元J積分プログラムの開発
  • ・並列有限要素法アルゴリズムのES2向け改良による線形問題計算の高速化
  • ・16ノード1時間使用する3,000万自由度規模問題の有限要素解析を，き裂進展の繰り返し計算を考慮し，400ケース実行

5. 研究計画に沿った利用状況度

ES1からES2への移植にともない，ピーク性能比が約30%から10%へと低下が生じたため，ES2向けのチューニングを行うことにより，約30%の性能の見通しを得たが，この作業によりES2上での解析の開始時期が大幅に遅れ，予定ノード数の利用が1月からの開始となったため現時点での利用状況は低い

6. 今年度得られた成果、および達成度

成果

・保有システムを統合した三次元き裂進展解析システムの構築並びにES2への移植：

試験片レベル(～100万節点)の三次元完全自動疲労き裂進展解析を行うためのプログラム群を整備し，完全自動疲労き裂進展解析が可能になった．なお，複数き裂問題の試行にも成功している．

・四面体有限要素用三次元J積分プログラムの開発：

領域積分法に基づく四面体有限要素のための実装方法の検討とそのプログラム実装を行い，マップドメッシュモデルでは六面体要素による結果と同等であることを確認した．

・並列有限要素法アルゴリズムのES2向け改良による線形問題計算の高速化：

アルゴリズムの改良によりピーク性能比約30%を達成．

・16ノード上でのき裂入り1,700万自由度規模簡易モデルの応力解析：

大規模き裂入りモデルの作成準備として，簡易モデルの作成と応力解析を実現．

達成度

  • ・保有システムを統合した三次元き裂進展解析システムの構築並びにES2への移植：40%
  • ・四面体有限要素用三次元J積分プログラムの開発：60%
  • ・並列有限要素法アルゴリズムのES2向け改良による線形問題計算の高速化：60%
  • ・き裂入り1,700万自由度規模簡易モデルの応力解析：40%

8. 研究成果一覧 (投稿中の論文、予定講演の場合はその旨記載のこと)

a. 原著論文 (査読あり)

  • [a-1] A Virtual Crack Closure-Integral Method for Generalized Finite Element with Drilling and Strain Degrees of Freedoms, Y. KANDA, H. OKADA, S. IRAHA, J. TOMIYAMA, G. YAGAWA, Journal of Computational Science and Technology, Vol.3, No.1, pp.303-314, 2009.
  • [a-2] ウェーブレットガラーキン法を用いた破壊力学解析に関する研究, 田中智行, 岡田裕,岡澤重信, 藤久保昌彦, 日本機械学会論文集A編, 75巻, 51号, pp. 296-303, 2009.
  • [a-3] 大規模構造解析の並列可視化における画像合成のための差分符号化画像圧縮, 河合浩志, 荻野正雄, 塩谷隆二, 吉村忍, Transactions of JSCES, Vol.2009, 20090009, pp.1-9, 2009.

b. 原著論文 (査読なし、および雑誌等寄稿)

  • [b-1] 計算力学シミュレーションハンドブック―超ペタスケールコンピューティングの描像―, 藤井孝藏他編, 丸善, pp.118-124, 2009.12

c. 学会等発表 (ポスターセッションの場合はその旨記載)

  • [c-1] An Adaptive Analysis of Fracture Mechanics Using A Hierarchical Mesh on The Adventure System, R. SHIOYA, K. MUROTANI and G. YAGAWA, Mini Symposium on Fracture and Strength of Solids 2009, p.18, Penang Malaysia, 2009.6.4
  • [c-2] き裂メッシュ自動生成手法と四面体二次要素用VCCMを用いた三次元き裂（進展）解析，岡田裕，河合浩志，徳田貴志，第58理論応用力学講演会講演論文集NCTAM2009，p.421-422，2009．
  • [c-3] 三次元形状を有するき裂の有限要素法モデル生成，徳田貴志，岡田裕，河合浩志，福井泰好，三次元形状を有するき裂の有限要素法モデル生成，第22回計算力学講演会CMD2009, CD-ROM，2009.10.
  • [c-4] 四面体2次有限要素を用いたき裂進展解析，岡田裕，河合浩志，徳田貴志，福井泰好，第22回計算力学講演会CMD2009, CD-ROM，2009.10.
  • [c-5] 3次元階層メッシュを用いた亀裂進展解析, 室谷浩平, 塩谷隆二, 矢川元基, 第22回計算力学講演会CMD2009, CD-ROM，2009.10.
  • [c-6] Analysis of arbitrary shaped three-dimensional cracks by using a virtual crack-closure integral method (VCCM)for tetrahedral finite element, H. Okada, T. Tokuda, H. Kawai, Y. Fukui, MF2009, TRANSFERABILITY AND APPLICABILITY OF CURRENT MECHANICS APPROACHES, pp. 59-64, 2009.

d. 講演

  • [d-1] 原子力発電プラントの地震耐力予測シミュレーション, 塩谷隆二, 東洋大学・読売新聞連続国際シンポジウム, 2009.6.