卒論・修論の紹介

矢川研究室

（1）Enriched Free Mesh Methodのき裂問題への適用

　Free Mesh Method の高精度化手法であるEnriched Free Mesh Method について、3次元弾性問題における収束性の評価と、き裂解析に対する有効性についての検討を行った。数値解析の結果から、従来法と比較して、精度が大幅に向上することが確認された。

（2）ニューラルネットワークを用いた円孔によるき裂進展阻止シミュレーション

　き裂が進展する事により起こる破壊を防止する事を目的に研究を行っている。き裂進展を阻止する方法はき裂が円孔に貫入して停止する方法とした。解析では、3点曲げ試験解析で検証し、節点処理型の有限要素法であるフリーメッシュ法を適用し、き裂進展を阻止できる最適な円孔位置の予測において、ニューラルネットワークを用いている。

（3）クローン的な階層メッシュを用いた大規模なアダプティブ解析

　階層メッシュを構築するには、マザーメッシュを全てメモリに載せなければならない。そのため、階層メッシュの大きさには制限があった。本研究では、階層メッシュを複数個並べて繋げることで大規模なメッシュを生成できるようにした。そして、アダプティブ解析を行った。

（4）EFMMの導入による動的解析の高精度化

　一般的に、有限要素法における解析を行う際には解析精度向上の為中間節点を有する高次要素を用いる。しかし、高次要素の使用は様々な問題点も含んでいる。 特に、動的解析の解法に陰解法を用いる際には、各ステップ毎に連立方程式を解く必要があり、マトリックスの肥大化は計算効率を大幅に低下させる。本研究成果によりEFMM を使用することで、高次要素を用いる事無く解析精度を向上させた動的解析を行うことが可能である事を示した。

（5）Enriched Free Mesh Method による大規模並列解析

　本研究の目的は、EFMMと並列処計算の親和性の検証である。現在、並列CG法で解いた2次元静的構造問題において、FMMと同等の並列化効率を確認している。並列解析に使ったコンピュータ・ノード数は70、解析規模は1億自由度規模である。今後は、3次元問題へ実装する。

（6）EFMM の剛性行列を用いた大規模固有振動解析

　EFMMの剛性行列はFEMと比較すると狭く、固有値分布は低周波領域に密集していることが知られている。本研究では、EFMMの剛性行列を用いた並列固有値解析を良好な並列化効率で解くこと、そしてEFMMの音響解析へ発展させることを目的としている。並列固有値解析に用いる手法はLanczos法である。

（7）高精度フリーメッシュ法の応用と展開に関する研究

　本研究は、大規模数値解析手法であるEnriched Free Mesh Method (EFMM)のより実用的な問題への拡張と更なる解析精度の向上を実現し、一般的な構造解析手法として展開するものである。精度を向上させるため、変位場に様々な特性を持つ基底関数を適用したEFMMを提案した。提案手法の精度は中間節点を有する二次要素に勝ることが分かった。EFMMは常に並列解析を前提としてきたが、二次要素を上回ったことにより、通常の高精度有限要素としても利用することが可能となった。さらに、変位場の基底関数は任意に選択できることが明らかになり、その範囲は四面体要素にとどまらず、六面体要素にも適用可能であることが分かった。

　Free Mesh Methodの高精度化手法であるEnriched Free Mesh Methodについて、3次元弾性問題における収束性の評価と、き裂解析に対する有効性についての検討を行った。数値解析の結果から、従来法と比較して、精度が大幅に向上することが確認された。

江澤研究室

（1）位相最適化の研究

　構造の最適化手法にはいろいろあるが、そのひとつに位相最適化がある。密度法など各種の手法を用いて最適化を行っている。また、音響工学に関連したものとしてはスピーカのコーンと筐体の振動の研究も行っている。コーン形状で振動の様子が変化し、音を汚す要因を除去できる形状を探索している。

（2）ゲームプログラミングの研究

　ゲームプログラムでは、局面の正確な評価が重要な要素となる。そこで、オセロゲームを例として、局面の評価関数がゲームの強さに与える影響を調査し、より強くするにはどうしたらよいかを研究している。また、探索のスピードを速めるにはどうしたらよいかも重要なテーマである。

（3）防食の研究

　金属配管の腐食では、流路の流れ速度、速度勾配、電位場等が腐食に関係してくる。そこで、それらの影響を定量的にシミュレーションし、よりよい防食をどうしたらよいかを、各種の最適化手法、逆問題手法を併用しながら研究している。

（4）CAE 向き有限要素の開発の研究

　有限要素法では要素分割がいまだ重要なテーマになっている。ここでは従来とは逆に要素分割しやすい、高精度な要素を探ることをテーマとして研究を行っている。

田村研究室

（1）医療分野での流体解析技術の利用

　コンピュータによる流体解析、いわゆるCFD（Computational Fluid Dynamics）の進歩は目覚ましいが、まだまだ実用分野は限られている。ここでは、CFDの適用範囲を広げることを目的として、特に医療分野への応用について研究を行っている。具体的には、超音波による治療、体内でのキャビテーションなどについて解析を行っている。

（2）キャビテーション／キャビテーション流れ解析手法の開発

　キャビテーションは流体機械のみならず、化学や環境にも影響する重要な現象であるが、流体力学的には混相流であり、またキャビテーション気泡と流れのスケールに差があるため、数値的な解析が難しい問題の1つである。ここでは、1つのキャビテーション気泡の運動を詳細に解析する手法と、キャビテーション気泡をモデル化し、キャビテーション流れを効率的かつ精度よく解析する手法の開発を行っている。

（3）高速度ビデオを用いた運動解析

　近年、高速度ビデオの性能が向上し、また使い勝手も向上している。ここでは、各種高速運動を高速度ビデオで撮影し、画像解析を施すことで物体の運動の詳細を調べている。平成22年度は、野球のボールについて、ピッチャーの投球と、バットに当たる前後のボールの運動について研究を行った。

塩谷研究室

（1）三次元き裂進展解析システムのためのソフトウェアの開発

　地球シミュレータなどを用いて、これまで大規模有限要素並列計算を行う汎用構造解析ソフトウェアの開発を行ってきたが、これに三次元き裂進展シミュレーション機能を追加すること目的として、新たにCADソフトウェアを導入し、モデルデータから解析システムへの入力データを作成するプログラムを作成した。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行った。

（2）Windows版熱伝導解析モジュール開発

　計算サーバ上で実行される大規模有限要素並列計算を、簡易に実現するWindows版システムとして開発された構造解析のシステムに、熱伝導解析機能を追加することを目的として、モジュールの開発を行い、いくつかの問題に対して有効性の検討を行った。

（3）ネットワーク型CAEソフトウェアの開発

　本研究では、遠隔地で運用される並列計算機システムを、インターネットを介して利用するネットワーク型CAEシステムについて、九州大学と共同研究を行うことにより、関東と九州間での遠隔利用実験を行った。解析結果の可視化機能の拡張を行い、可視化可能な物理量の選択肢を広げることを実現した。

（4）マルチメディアデバイスを用いたシミュレーション

　近年普及が進んでいるスマートフォンと呼ばれるポータブルマルチメディアデバイス端末について、その直感的かつ簡易な操作性に着目し、クラウド型CAEシステムの入出力端末としての利用を目的とし、マルチメディアデバイス上での可視化システムの構築を行なった。

（5）マルチメディアデバイス操作時の脳波測定

　CAEシステム利用時などにおける、パソコンでのマウス操作と、スマートフォンと呼ばれるポータブルマルチメディアデバイス端末での指によるタッチ操作について、ユーザに与えるストレスなどの影響を調べるために、簡易脳波測定装置を用いて、同様の操作をそれぞれの端末を用いて行った際の脳波測定を行い、より快適なシステムの構築について検討を行った。

中林研究室

（1）数値流体解析の最適化問題への応用

　非圧縮性粘性流体の解析システムを用いて、各種設計問題・最適化問題に取り組んでいる。具体的には、ある制約条件の中で解析モデルを自動生成し、遺伝的アルゴリズムによる反復計算をすることにより流体力学的効果を考慮した最適化問題を解いたりする。本年度は、室内に置かれた扇風機により、体感温度が出来るだけ快適になるような最適レイアウト問題に関する研究を行っている。

（2）マルチエージェントシステム・人工知能に関する研究

　特に、RoboCupサッカーシミュレーションリーグを題材として、マルチエージェントシステムの開発を行っている。18年度から参加してきた、サッカーシミュレーションリーグ2Dでは、今年度国内の大会（JapanOpen 2010 大阪）で5位の成績を挙げた。 また、世界大会（RoboCup 2010Singapore）の予選も突破し、世界ランキング14位の成績だった。

（3）ユビキタスコンピューティングに関する研究

　従来のPCを中心としたコンピューティング環境だけではなく、身の回りの様々な情報機器を数値シミュレーションに応用する研究を行っている。具体的には、汎用携帯ゲーム機を用いたクラスタの構築、携帯電話を用いたクラスタの構築、デジタルカメラを用いたイメージベースCAEシステムの開発などである。本年度は、オートバイ用燃費計を用いた燃料消費量低減化を目的としたルート検索システムの構築や、加速度センサーを用いた自動車運転アドバイスシステムの構築を行った。

（4）計算力学のスポーツへの応用に関する研究

　スポーツの中でも特にサッカーを題材として、サッカーボール周りの流れ解析により変化球のメカニズムを解明したり、逆問題としてフリーキックをサポートするシステムの開発を行っている。