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長谷川 雄太; 小野寺 直幸; 朝比 祐一; 伊奈 拓也; 今村 俊幸*; 井戸村 泰宏
Fluid Dynamics Research, 55(6), p.065501_1 - 065501_25, 2023/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Mechanics)格子ボルツマン法(LBM)に基づくラージエディーシミュレーション(LES)に対するデータ同化の適用性を調査した。2次元等方乱流の観測システムシミュレーション実験を行い、空間的に疎かつノイズを含む観測を用いてナッジング法及び局所アンサンブル変換カルマンフィルタによるデータ同化の精度を検証した。LETKFの利点として、ナッジングで必要となる空間補間及び巨視的量(流体密度及び流速)からLBMの速度分布関数への変換を必要としないことが挙げられる。計算条件として
格子及び10%の流速観測ノイズを設定した実験では、64アンサンブルのLETKFは
の観測点(計算格子点数に対して0.1%程度)でも観測ノイズよりも小さい誤差を示した。これは、ナッジングで同様の精度を示すのに1桁程度多くの観測点数を要する精度である。さらに、LETKFでは観測点数の不足はエネルギースペクトルの振幅には影響せず、スペクトルの位相誤差のみに影響することが確認された。以上の結果により、LETKFは、空間的に疎かつノイズを含む観測を用いた2次元のLBM計算のデータ同化に対してロバストかつ高精度であることが示された。
長谷川 雄太; 小野寺 直幸; 朝比 祐一; 井戸村 泰宏
第36回数値流体力学シンポジウム講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2022/12
格子ボルツマン法と局所アンサンブル変換カルマンフィルタ(LBM-LETKF)による乱流のアンサンブルデータ同化をGPUに実装し、精度の検証を行なった。32GPUを用いて、格子点数2.3
、アンサンブル数32の条件で、3次元角柱周りの流れ対してデータ同化実験を実施した。本実験におけるデータ同化の時間間隔は、カルマン渦周期の半分に設定した。精度として、揚力係数の誤差(normalized mean absolute error; NMAE)を測定したところ、データ同化なし、ナッジング法(より単純なデータ同化手法)による同化、およびLETKFのそれぞれにおいて、誤差は132%, 148%、および13.2%であった。これにより、観測頻度が低い本計算条件においては、ナッジング法のような簡易な手法では解に系統的な遅れが現れてデータ同化の精度を保つことができない一方で、LETKFでは良好なデータ同化精度を示すことが確認できた。
涌井 隆; 山崎 和彦*; 二川 正敏
実験力学, 22(2), p.96 - 104, 2022/06
高放射化物のレーザー溶断技術の開発の一環として、放射線遮へいガラス及び無鉛ガラスに対してパルスレーザー照射試験及び押込み試験を行った。鉛含有量が低いガラスに比べ、鉛含有量が高いガラスの損傷が大きく、損傷発生の閾値が低かった。押込み試験結果を基に、カルマンフィルタ及び有限要素を組み合わせた逆解析により、ガラスの微小塑性挙動を表す材料構成式の定数を同定した。流動応力は、鉛含有量の増加とともに低下し、レーザー照射により低下した。一方、塑性流動抵抗値は、鉛含有量の増加とともに増加し、レーザー照射により増加した。非照射及び照射領域における破壊エネルギーとき裂先端周りの塑性領域寸法を実験結果を基に算出した。それぞれの値は、鉛含有量の増加とともに減少し、レーザー照射により低下した。
長谷川 雄太; 小野寺 直幸; 朝比 祐一; 井戸村 泰宏
計算工学講演会論文集(CD-ROM), 27, 4 Pages, 2022/06
局所アンサンブル変換カルマンフィルタ(LETKF)および格子ボルツマン法(LBM)を用いたアンサンブルデータ同化のGPU実装を行った。D2Q9 LBMによる二次元等方性乱流を対象として、最大32アンサンブルで性能測定を行った。LETKFの計算コストは、8アンサンブルまででLBMと同程度であり、それ以上の大アンサンブル数においてはLBMよりも高くなった。32アンサンブルにおいて、1同化サイクルあたりの所要時間はLBMで5.39ms、LETKFで28.3msであった。これらの結果から、3次元LBMの実用計算に本手法を適用するためにはLETKFの更なる高速化が必要であることが示唆される。
横山 賢治; 北田 孝典*
Journal of Nuclear Science and Technology, 56(1), p.87 - 104, 2019/01
被引用回数：4 パーセンタイル：40.43(Nuclear Science & Technology)線形推定に関する新しい仮定を導入して、拡張炉定数調整法の定式化を行った。なお、拡張炉定数調整法は、設計対象炉心の核特性の分散を最小化することが可能な炉定数調整法である。この定式化は最小分散不偏推定に基づいており、正規分布の仮定を用いていない。この定式化において、拡張炉定数調整法は、調整後の炉定数セットとして無数の解を持つことが分かった。この定式化では、このすべての解を表現できる一般的な式を提示しており、そのうちの解として、従来のベイズの定理に基づいて導出された拡張炉定数調整法と等価な解を含んでいることを示した。更に、この特殊な解では、設計対象炉心の核特性の分散だけでなく、核データの分散も最小化していることを示した。一方で、今回導入した線形推定の仮定はカルマンフィルターと整合しており、同様の方法で、拡張バイアス因子法,従来炉定数調整法,回帰炉定数調整法についても定式化できることを示した。
二川 正敏; 涌井 隆*; 直江 崇*; 井岡 郁夫
実験力学, 4(3), p.222 - 227, 2004/09
球状圧子による押込み試験から得た荷重-深さ曲線に対して、カルマンフィルタを用いた逆解析を行い、構成式中の材料定数を同定する手法を考案した。まず、仮想試料による数値実験から、球状圧子の優位性を示すとともに同定精度向上のために最適な押し込み深さを示した。次に、実金属材料(Al合金とステンレス鋼)に対して、本手法を適用した。すなわち、単軸引張り試験結果と同定した材料定数を用いたFEM解析結果を比較し、同定した材料定数により、実測した公称応力-歪み曲線をよく再現できることを示した。これより、球状圧子から得た押込み荷重-深さ曲線に対して逆解析を行い材料定数を同定する本手法の有効性を確認した。
山本 真哉*; 本多 眞*; 櫻井 英行*; 尾上 博則; 増本 清*
no journal, ,
観測結果から一意にモデルを同定できない不適切問題を解く手段として、データ同化技術が近年注目されており、筆者らは地下水流動解析を対象として、逐次データ同化技術の一種であるアンサンブルカルマンフィルタを用いた逆解析手法を開発してきた。本研究では、アンサンブルカルマンフィルタを用いて、不均質な透水係数分布を同定するための手法について検討し、その適用性を数値実験により検証した。本数値実験の結果、不均質な透水係数分布を概ね同定できたことから、揚水試験結果から水理地質構造の透水不均質性を評価する際にアンサンブルカルマンフィルタが有用な逆解析手法になりうることが示された。
長谷川 雄太; 小野寺 直幸; 朝比 祐一; 井戸村 泰宏
no journal, ,
格子ボルツマン法に基づく乱流計算に対して、アンサンブルデータ同化の一手法である局所アンサンブル変換カルマンフィルタ(LETKF)を実装した。計算コードはGPUで実装しており、格子ボルツマン法の実装にはCUDAを、LETKFの行列演算および固有値分解の実装にはcuBLASおよびcuSOLVERライブラリを用いた。実装したコードを用いて2次元等方性乱流を対象としたデータ同化実験を行った。より単純なデータ同化モデルであるナッジングとの比較を行い、LETKFがナッジングよりも高い精度を示すことを確認した。
長谷川 雄太; 井戸村 泰宏; 小野寺 直幸; 朝比 祐一
no journal, ,
GPUに適した乱流のアンサンブルデータ同化手法として、格子ボルツマン法-局所アンサンブル変換カルマンフィルタ(LBM-LETKF)の 開発を進めている。LETKFにおいては、状態変数ベクトル(シミュレーション変数)および観測変数ベクトル(実験から測定可能な量)が性能に大きく影響する。状態変数としては、単純にはLBMの速度分布関数をそのまま状態変数とする27要素ベクトルを用いる方法が考えられるが、巨視的量である密度・速度を状態変数とする4要素ベクトルを用いる方法も可能である。本研究において、上記の2つの方法について計算精度および計算速度を比較し、乱流データ同化に適した状態変数ベクトルを選定する。
長谷川 雄太; 井戸村 泰宏; 小野寺 直幸
no journal, ,
都市風況環境のデジタルツインの構築を目的として、GPUスパコン向けの高速な流体解析手法およびデータ同化手法のコード開発を推進している。流体解析手法として完全陽解法であり大規模計算を比較的容易にスケールさせることのできる格子ボルツマン法(LBM)を、データ同化手法としてCPUスパコンを用いた大規模データ同化として気象分野で実績のある局所アンサンブル変換カルマンフィルタ(LETKF)を用いて実装を進めている。本発表では、LBM-LETKFを基礎的な2次元および3次元の系に適用した結果を示し、データ同化の精度およびGPU実装の計算性能について議論する。
