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篠原 主勲*; 奥田 洋司*; 伊東 聰*; 中島 憲宏; 井田 真人
International Journal for Numerical Methods in Fluids, 58(2), p.119 - 159, 2008/09
被引用回数：3 パーセンタイル：20.2(Computer Science, Interdisciplinary Applications)ストークス流中に置かれた物体が受ける流体抵抗を低減するための随伴変数法を定式化し、幾つかのテスト計算を行った。提案した定式化には、物体表面のメッシュを平滑化する手法や定積条件を保証する手法など、安定で頑健な最適化計算の実現に必須なテクニックが組み入れられている。支配方程式は有限要素法を用いて移動メッシュ上で解かれる。計算負荷や必要メモリが過大になることを避けるため、計算コードはHEC-MWライブラリのデータ圧縮ルーチンや並列化ライブラリを利用して実装された。ここで開発したコードにより、円柱がストークス流から受ける抵抗力を25%減らすことに成功した。
櫛田 慶幸; 奥田 洋司*
Journal of Computational Science and Technology (Internet), 2(1), p.81 - 91, 2008/00
地球シミュレータは、8個のベクトルプロセッサーを持つ共有メモリ計算ノードを、ネットワークにより640個接続した、階層構造を持つ並列計算機である。このため、その性能を発揮するために、3段階の並列化を考慮する必要がある。すなわち、ノード間並列,ノード内並列,ベクトル化である。本研究では、ノード間並列機能を持つ有限要素法コードに対し、ノード内並列,ベクトル化機能を追加し、その性能向上を評価した。その結果、もとの性能に比較して、最大で30倍の高速化を達成した。また、ユーザーが利用可能な範囲で最大のプロセッサー数である4,096プロセッサーを使用したときに、10テラフロップスを超える性能を達成することができた。これは、理論性能の約30%である。
櫛田 慶幸; 奥田 洋司*
Journal of Computational Science and Technology (Internet), 1(1), p.2 - 13, 2007/00
構造物応力解析において、応力特異性はしばしば確認される。応力特異性は、有限要素法などの数値計算において求解までの時間を長くすることがわかっている。これは、並列有限要素法において特に顕著になる。本研究では、並列有限要素法において、並列計算時に必須である領域分割法の様式を変化させることで応力特異性を含む問題における、求解までの時間を、最大で15%短縮した。
篠原 主勲*; 奥田 洋司*; 伊東 聰*; 中島 憲宏; 井田 真人
第20回数値流体力学シンポジウム講演要旨集(CD-ROM), 7 Pages, 2006/12
流力振動の原因である揚力を最適制御するための形状最適化システムを提案し、検証のためストークス流れの中に置かれた円柱の最適化に適用した。最適化手法にはラグランジュ未定乗数法に基づく随伴変数法を選び、プログラム開発にはライブラリ集HPC-MWを利用した。このシステムを用いて円柱の最適化を行ったところ、流れに対して約45度傾いた扁平な円柱形状を得た。
篠原 主勲; 奥田 洋司*; 伊東 聰*; 中島 憲宏; 井田 真人
日本応用数理学会2006年度年会講演予稿集, p.268 - 269, 2006/09
工業用プラントの流体が流れる配管内では、構造物に負荷する内圧により構造物の振動が生じる。設計者はその都度、長年の経験に基づいて最善の設計方法を選択し、流体振動の抑制に努めてきた。しかし、その発生メカニズムを的確に把握することが難しい場合が多いため、対策が困難な場合がある。本研究では配管の振動や減肉を引き起こす表面力を低下する最適形状を構築することを目的とする。従来以上にロバストな曲がり管を構築するため、随伴変数法による形状最適化手法を用いることで、構造物の表面力を低減する配管形状を構築した。初期形状と比較して曲がり部が丸みを帯びた最適な形状を構築することで評価関数を低減した。
篠原 主勲; 奥田 洋司*; 伊東 聰*; 中島 憲宏; 井田 真人
Proceedings of 14th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-14) (CD-ROM), 10 Pages, 2006/07
実機適用を目指して、非定常流れ場における随伴変数法を定式化し、スムージング手法,ロバストなメッシュ変形技術を実装することで円柱などの初期形状でも最適形状に収束させる随伴変数法による3次元形状最適化アルゴリズムを構築した。ラグランジュ関数の停留条件より導出した最適化の試験開始時間から最適化の試験終了時間を各時間ステップでの圧力,流速からなる状態変数を順時間で求める。その各時間での状態変数を用いながら随伴方程式の随伴変数を逆時間で計算していく。このことより、非定常流れ場に配置された円柱形状でも最適形状に収束可能とする随伴変数法による形状最適化アルゴリズムを提案する。
篠原 主勲; 奥田 洋司*; 伊東 聰*; 中島 憲宏; 井田 真人
第19回数値流体力学シンポジウム講演要旨集, P. 214, 2005/12
複雑な形状を持つ原子力配管の最適化を目指して、時々刻々と変化していく非定常状態の流れ場での随伴変数法を定式化する。その手法を用い、ラグランジュ関数から導出された状態方程式(連続の式,ナビエ・ストークス方程式)による状態流(流体の流れ)から、随伴方程式による随伴流を発生させることで、全節点上の随伴変数を計算する。その随伴変数を用いて微小領域での感度を計算することで複雑な形状に対しても適用可能な形状最適化アルゴリズムを開発する。開発期間を短縮するため、有限要素法に基づくプログラムライブラリ、HPC-MWを利用する。解像度が異なる3種類のメッシュを用いることで有限要素法による感度解析の計算精度を比較検討する。
篠原 主勲; 奥田 洋司*; 中島 憲宏; 井田 真人
日本機械学会第18回計算力学講演会講演論文集, p.561 - 562, 2005/11
原子力配管の熱伝対の応力集中を低減する最適な形状を検討するため、随伴変数法による形状最適化システムの基盤技術を開発した。状態方程式,随伴方程式,感度方程式,ラプラス方程式からなる随伴変数法を定式化し、記憶メモリを低減,配列のアクセスを高速化するためHPCMWによるファイル渡しによるデータ入出力,1次元圧縮行列のプログラミング技術を適用し、形状最適化プログラムを開発した。3次元円柱周りの形状最適化のメカニズムを明らかにし、円柱の体積一定の制約条件下で円柱に負荷する表面力を初期形状と比較して約24%低減した。
篠原 主勲; 奥田 洋司*; 伊東 聰*; 中島 憲宏; 井田 真人
計算工学講演会論文集, 10(2), p.629 - 632, 2005/05
体積一定の制約条件下で圧力抵抗が最低となる最適な形状を構築するため、随伴変数法を定式化し、最急降下法を用いてArmijoの基準に基づく直線探索法の並列化アルゴリズムを構築した。またITBLというグリッド・コンピューティング環境で並列分散処理機能を用いて、効率的に演算処理する方式を提案した。構造の特性,信頼性,コスト性が複雑に絡み合う評価関数,制約条件からなる高負荷の計算が要求されるラグランジュ関数の極値の探索方法を構築した。極値探索で生じる膨大な計算量を、不特定多数のスーパーコンピュータを用いて、ホスト間のデータ通信を削減し、最適な形状更新ベクトルの探索を並列分散処理することで、実時間の計算処理を可能とした。
篠原 主勲; 奥田 洋司*; 伊東 聰*; 中島 憲宏; 井田 真人
no journal, ,
ロバストな原子力配管形状構築を目指して、グリッドコンピューティング環境ITBLでの随伴変数法による形状最適化並列計算システムを開発した。配管は、金属に加わる力と腐食が重なって起きる「応力腐食割れ」を発生することが多いため定期検査を必要とする。しかし配管は建屋に縦横無尽に配備され、応力腐食割れは配管内側から発生するため、定期検査は極めて困難である。応力腐食割れを未然に防止する技術を確立するため、第一段階として、金属に加わる力,流体抗力の低減により、設計段階でロバストな形状を予測する随伴変数法による形状最適化技術を開発した。
板倉 充洋; 宮代 聡*; 沖田 泰良*; 山口 正剛; 奥田 洋司*
no journal, ,
本研究テーマの最終目的は、主要な原子炉構造材料の一つである鉄・クロム・ニッケル合金について、原子スケールでの経年劣化シミュレーションのために必須となる原子間ポテンシャルを開発することである。そのためにはさまざまな原子配置について第一原理計算を行い、その結果をよく再現するポテンシャル関数を作成することが必要となるが、合金の場合は原子配置の数が組合せ論的に膨大となる困難が存在する。この課題を解決するため、まずは小規模な系において60ケースのランダムな原子配置を作成して第一原理計算を行い、配置の違いによってどの程度エネルギーなどの物理量が変化するかを調べた。その結果、鉄・クロム・ニッケル合金の場合は元素の違いによる原子間相互作用の変化が小さく、比較的少数のケース数に基づいた計算でも十分信頼できるデータを得られることがわかった。この結果により、現在の計算機の能力でこの合金のポテンシャル開発に必要な第一原理計算を行うことは十分可能であることがわかり、実用原子炉材料の経年劣化シミュレーション実現へ向けて大きく前進することができた。
佐々 成正; 山田 進; 町田 昌彦; 今村 俊幸*; 奥田 洋司*
no journal, ,
基本線形代数演算ライブラリ(BLAS)の中から代表的なものを40ルーチン選んで4倍精度化を行い、さらにCUDAを用いてGPU上での高速化を施したライブラリの開発を行った。システム計算科学センターでは、これをQPBLAS-GPUと名付けて公開を行っている。講演では、当該QPBLAS-GPUライブラリの前身であるQPBLASの開発経緯から概説した後、本ライブラリの開発経緯とその全容(特徴と他のライブラリとの比較等)について説明する。さらに、本ライブラリの特徴であるGPUの利用によりCPU計算と較べ、どの程度高速になっているか等の性能評価について示し、最後に今後のライブラリの研究開発の方針についても述べる。
鈴木 喜雄; 井原 遊*; 奥田 洋司*
no journal, ,
原子力施設全体規模の構造解析に向け、複数部品の接触状態を解析可能とするために実施している、要素毎有限要素接触解析手法の研究開発成果について報告する。ここで、行列解法に用いているMultiple Front法において、(部品間の接触面に対応付けできる)インタフェース行列を並列に解くための新しい手法(階層化手法)を提案・実装し、性能向上することを確認した。また、従来手法から加算順序を変更すると、更に性能向上することを確認した。本研究では、この加算順序を階層化手法に対して自動最適化するための手法を提案している。この手法に対して、直方体モデルおよびギヤモデルの二つのモデルを用いて評価を行った。各モデルは、2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256部品から構成されている。各部品はそれぞれ1コアに割り当てられる。性能評価の結果、手動で与えた加算順序の中で処理時間が最も高速な場合と同等の処理時間となる加算順序を自動で提案できることを確認した。
