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山口 義仁; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; Li, Y.*; 矢川 元基*
Journal of Pressure Vessel Technology, 135(4), p.041406_1 - 041406_9, 2013/08
被引用回数：7 パーセンタイル：34.19(Engineering, Mechanical)耐震設計審査指針の改定や、新潟県中越沖地震で観測された設計基準地震動を上回る大きさの地震に対して、SCCや疲労き裂が存在する配管にこのような過大な地震荷重が及ぼす影響の評価が必要である。本研究では、沸騰水型原子力発電所の配管系で用いられる炭素鋼(STS410)とオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316)を用いて、繰返し荷重を受ける場合のき裂進展挙動に関し、実験及びFEM解析により評価を行った。繰返し荷重の振幅及び最大荷重が増加する場合と低減する場合を設定し、荷重低下後におけるき裂進展の遅延効果を確認した。このき裂進展遅延効果は、SUS316よりSTS410において大きく現れることが示された。また、遅延効果に対して提案されているWheelerモデルについて、適用性を明らかにした。さらに、これらの結果を踏まえた確率論的破壊力学(PFM)解析により、大地震時におけるき裂進展及び破壊に及ぼす過大荷重の影響を評価した。Wheelerモデルを用いたPFM解析では、破壊確率に与える地震時のき裂進展遅延の影響はほとんど現れないことを確認した。
山口 義仁; 勝山 仁哉; 鬼沢 邦雄; 杉野 英治*; Li, Y.*; 矢川 元基*
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 9 Pages, 2009/07
耐震設計審査指針の改定に伴い、設計基準地震動を超えるような大きな地震動に対する残余のリスクの評価が求められている。また、新潟県中越沖地震では設計基準地震動を上回る大きさの地震が発生した。このため、SCCや疲労き裂を有する配管に負荷される過大な地震荷重の影響評価が必要である。き裂進展に及ぼす過大荷重の影響として、き裂進展速度の遅延が知られている。そこで、本研究では、沸騰水型原子力発電所の配管系で用いられる炭素鋼(STS410)とオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316)について、実験及びFEM解析により、過大荷重によるき裂進展遅延効果の定量評価を行った。また、これらの結果を踏まえた決定論的解析及び確率論的破壊力学(PFM)解析により、大地震時におけるき裂進展及び破壊に及ぼす過大荷重の影響を評価した。決定論的き裂進展解析からは、SUS316と比較してSTS410において、き裂進展遅延効果が大きく現れることが示された。PFM解析では、破壊確率に与える地震時のき裂進展遅延の影響を検討した。
松原 仁; 矢川 元基
応用力学論文集, 10, p.201 - 209, 2007/08
原子力プラント全体解析を実現する組立構造解析法の要素技術の一つとして、Patch by Patch型の変位・応力・ひずみ混合有限要素法が提案されている。本手法は要素ごとに定義された変位場に加え、Patchごとに応力・ひずみ場を有しており、それらはHu-Washizuの一般化変分原理によって結び付けられている。結果として、局所パッチ上における任意の応力・ひずみ場の仮定が可能となるため、き裂解析のような特異応力場を有する問題への応用展開が期待される。本論文は、本提案手法の精度を検証するとともに、破壊力学問題への応用性を検討するものである。
Tian, R.; 矢川 元基
International Journal for Numerical Methods in Engineering, 71(4), p.473 - 503, 2007/07
被引用回数：16 パーセンタイル：69.76(Engineering, Multidisciplinary)有限要素法で不整合メッシュの利用を許容することは、解析者に多くの益をもたらす。例えば、部分領域ごとに独立なメッシュ生成作業,部分領域ごとに制御可能な精度,制限のないメッシュ規模、などである。本論文では、不整合メッシュ利用の際に問題となる、不連続メッシュ境界における場の連続性問題を解決するために、連続場近似を保障する新しい計算スキームを提案している。本手法は、メッシュの概念がないメッシュレス法を有限要素法のメッシュ境界に適用したものであり、Lagrange未定乗数法のような既存の手法と比べて定式化が単純であり、線形代数ソルバーの変更も必要ない、という特徴を有している。本論では、提案手法を静弾性問題,波動伝播問題へ適用し、本手法の精度面における妥当性を示している。
村松 壽晴; 矢川 元基*
International Journal for Numerical Methods in Fluids, 54(6-8), p.805 - 830, 2007/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Computer Science, Interdisciplinary Applications)複合物理現象に対する数値シミュレーションの安定化及び効率化の向上を図るため、時間積分を行う際の時間刻み幅をファジィ推論により規定する適応制御システムを開発した。当該システムの基本的な制御性能を評価するため、熱流動現象の定常問題と過渡問題の数値シミュレーションを行い、数値計算系を安定な状態に保持しつつ、計算時間を大幅に削減できることを確認した。また、流体-構造熱的連成現象の数値シミュレーションに当該システムを適用し、数値振動の発生を抑制しつつ、熱流動振動現象の評価が可能であることを確認した。
Tian, R.; 矢川 元基
International Journal for Numerical Methods in Engineering, 69(4), p.837 - 858, 2007/01
被引用回数：19 パーセンタイル：73.54(Engineering, Multidisciplinary)本論文では、1984年にD. J. Allmanによって提案された回転自由度を有する三角形要素の定式化を単純化する方法論を提案している。Allmanが提案した要素は、6節点三角形要素の中間節点を回転自由度に変換することで得られる。したがって、これまで、新たに付け加えられた回転自由度の物理的な意味合いが議論の対象となっていた(例えば、境界条件の設定方法など)。本論文では、PU法(Partition of Unity method)に基づいた近似場を当該要素に当てはめることで、回転自由度の物理的意味(数学的意味)を明らかにしている。また、本論では、幾つかの数値解析例により、本定式化の妥当性を示している。
Tian, R.; 松原 仁; 矢川 元基
International Journal for Numerical Methods in Engineering, 68(12), p.1209 - 1231, 2006/12
被引用回数：30 パーセンタイル：79.75(Engineering, Multidisciplinary)複雑構造物の三次元有限要素解析を行う際、四面体要素は極めて重要である。従来の高性能四面体要素では、ゼロエネルギー問題に起因する数値不安定性,人工的なパラメータの設定などの問題を抱えていた。したがって、要素の定式化自体が煩雑・複雑化する傾向にあった。そこで本論文では、既存の二種類の高性能四面体要素に対して、筆者らが提案している高性能四面体要素を当てはめ、従来の煩雑かつ複雑な定式化を劇的に単純化する枠組みを提案している。この枠組みは、PU法(Partition of Unity method)に基づき、「一般化節点」という新しい節点の概念を導入することで実現している。また、本論では、幾つかの数値解析例により、本枠組みの妥当性を示している。
Tian, R.; 中島 憲宏; 矢川 元基
計算工学講演会論文集, 10(1), p.393 - 396, 2005/05
有限要素解析では、解析対象が連続体として一体的に離散化されていなければならない。原子力プラントのような大規模問題を有限要素解析するときには、すべての構成部品が連続体として定義することは困難である。そのため大規模問題を計算できないなどの問題があった。この問題を解決するために、全体の剛性マトリクス処理において一次従属問題を解決する必要性がある。本論では、数値実験により、この問題を分析し、効果的に1次従属問題を解消する方法を有限要素の内挿関数を明らかにすることにより提言できた。これにより原子力プラントのような大規模問題を精度よく解析する見通しを得た。
Tian, R.; 中島 憲宏; 矢川 元基
計算工学講演会論文集, 10(1), p.397 - 400, 2005/05
有限要素解析では、節点が連続に接続されていることが計算のための必要十分条件である。原子力プラントのような大規模問題を有限要素解析するときには、節点の連続性を保証することが困難となる。そのため大規模問題を計算できないなどの問題があった。この問題を解決するために、不連続となる節点間の処理を精度よく解く方法を開発した。有限要素を構成する節点列を編成しなおすことで、EFGMの境界条件を定義する方法論について述べる。本手法の特徴は、節点列の編成処理を容易に実装できることにある。本論では、1次元と2次元問題を用いてラグランジェ未定乗数法とペナルティ法との解の収束性について比較し、本手法の有効性を確認した。本手法は、1次元問題ではラグランジェ未定乗数法とペナルティ法と同等の処理性能を示したが、2次元問題ではペナルティ法よりも上回る性能がでた。これにより原子力プラントのような大規模問題を効率よく解析する見通しを得た。
中島 憲宏; 木村 英雄; 樋口 健二; 青柳 哲雄; 鈴木 喜雄; 平山 俊雄; 矢川 元基
第23回日本シミュレーション学会大会発表論文集, p.117 - 120, 2004/06
原子力プラントの安全・安心ソリューションとして、より確実な担保が求めらている。発電プラント全体を組立品として安全解析するシステムを並列分散コンピュータ(グリッド・コンピューティング)上で開発した。弱連成を主体とした構造-流体-熱問題をシミュレーションできる環境を実現した。これにより原子力の設計・安全基準などへの計算科学による裏づけを与え、安全・安心な技術を支援する。
Atanasiu, G. M.*; 羽間 収; Guo, Z.; 矢川 元基*
Proceedings of 2nd International Conference Lifetime Oriented Design Concepts (ICLODC 2004), p.449 - 458, 2004/03
鉄筋コンクリートビルの地震時における安全性を評価するため、動的な線形及び非線形シミュレーションを行った。その安全評価を行ううえで、本研究においては確率論的な危険レベルに基づく地震動入力データを用いることとした。幾何学的に異なる数種類の鉄筋コンクリートビルモデルを作成し、それらと対応する1質点モデルも同時に作成し、数値シミュレーションによるケーススタディを遂行した。本研究では地震動入力として、実際に1994年にアメリカ西海岸で起きたノースリッジ地震で記録された加速度を用いた。これら入力は全て確率論的にスケーリングが施されたものを用いた。比較のため、阪神淡路大震災時における神戸の地震動データも入力として数値シミュレーションを行った。
柴田 勝之; 関東 康祐*; 吉村 忍*; 矢川 元基*
Proceedings of 5th International Workshop on the Integrity of Nuclear Components, p.99 - 117, 2004/00
我が国における原子力機器の確率論的破壊力学の研究は、原研が中心になって進められてきた。原研は、機器の設計,検査,維持にかかわる確率論的手法に対する将来のニーズに備えて、1988年以来確率論的破壊力学(PFM)に関する研究を実施してきた。第1期の研究として、1988
1994年にかけて、委託研究により既存コードの調査,手法の調査・改良,標準手法の提案,ラウンドロビン解析等を実施した。その後、PFM手法のニーズ増大に応えて、1996年から、第2期として、原研独自コードの開発とPFM手法の軽水炉機器への適用検討を目的とした委託研究を実施している。委託研究は、日本溶接協会等への委託により実施した。本論文では、委託研究の経緯と概要,圧力容器の破損確率にかかわるラウンドロビン解析の結果,原研コードPASCALの概要等、圧力容器のPFMを中心に我が国の研究の現状を概説する。
樋口 健二; 大谷 孝之; 長谷川 幸弘*; 鈴木 喜雄; 山岸 信寛*; 木村 和幸*; 前迫 浩*; 福田 正大; 矢川 元基
計算工学講演会論文集, 8(2), p.797 - 800, 2003/05
平成13年度に開発したITBL基盤ソフト
版を用いて、航研及び理研との接続実験を行い、二種類のスーパーコンピュータ(スパコン)による熱伝導計算と流体計算の連成計算を実現した。実験は、平成15年2月17日に日本科学未来館で行われた「第3回ITBLシンポジウム」において公開された。その内容は、航研のユーザが自サイトから原研のスパコン(ITBL計算機: Fujitsu PRIMEPOWER)にジョブを投入し熱伝導計算を開始後、理研のスパコンNEC SX-6iに流体計算をspawn(以上、連成計算)、さらに毎時間ステップごとに二つの解析結果を合成し、端末に実時間表示するというものである。この実験で実証された技術は、いずれもグリッド・コンピューティングに不可欠なものであり、ITBL基盤ソフトのような実用のミドルウェアにおいて機能実証され、しかもネットワークとスパコンに関わる実運用システム上で動作確認されたことは、世界で初めてのことである。この実験成功により日本のグリッド研究は大きな一歩を踏み出したと言える。
樋口 健二; 今村 俊幸*; 鈴木 喜雄; 清水 大志; 町田 昌彦; 大谷 孝之; 長谷川 幸弘*; 山岸 信寛*; 木村 和幸*; 青柳 哲雄; et al.
Lecture Notes in Computer Science 2858, p.245 - 257, 2003/00
日本国内の研究機関共同によるグリッド・プロジェクトのためのミドルウェアのプロトタイプが開発された。このミドルウェアには、仮想研究室の構築に不可欠のいくつかのキーテクノロジが実装され、実際に運用されている計算機・ネットワーク・システム上でその技術検証がなされた。また、いくつかの科学技術計算の応用プログラムが当該ミドルウェア上で既に稼働している。これら一連の結果は、日本のサイエンス・グリッドの分野にとって大きな進歩である。
樋口 健二; 大谷 孝之; 長谷川 幸弘*; 鈴木 喜雄; 山岸 信寛*; 木村 和幸*; 青柳 哲雄; 中島 憲宏; 福田 正大; 今村 俊幸*; et al.
Proceedings of International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications (SNA 2003) (CD-ROM), 11 Pages, 2003/00
文科省傘下の6研究機関によって推進されているITBLプロジェクトにおいてグリッド研究の応用実験が行われた。仮想研究室の構築に不可欠ないくつかの要素技術がITBLミドルウェアに実装され、実用性の観点から検証された。セキュリティ,コンポーネント・プログラミング,協調的可視化といったこれらの要素技術が成功裡に実装されたことは日本のグリッド研究における重要な進歩と考えられる。
矢川 元基
エネルギーレビュー, 22(1), p.52 - 53, 2002/01
計算科学技術は今日の最先端科学の基盤を支える原動力となっている。日本原子力研究所計算科学技術推進センターの役割と活動内容及び計算科学技術が原子力研究等にもたらした成果について述べる。
笠原 直人; 川崎 信史; 吉村 忍*; 矢川 元基*
Computer methods in applied mechanics and engineer, 0 Pages, 1999/00
生物の遺伝過程を模擬した遺伝的アルゴリズムは非線形性に強い最適化手法として注目されているが,対象物を離散化する必要がある。本研究は,遺伝的アルゴリズムを連続空間へ拡張することにより連続的進化的アルゴリズムを提案した。本アルゴリズムはランダム探索法の一種であるため,複雑な問題に適用した場合は膨大な計算時間を必要とする。このため,超並列計算機CRAY T-3とEWSのハラスタ結合システムで稼働する並立アルゴリズムを開発した。本手法の有効性を調べるため,人手では困難な非弾性構成方程式の材料定数同定問題に適用したところ,ほぼ100%の並列化効率により実用的な時間で解を得た。
川崎 信史; Felix, S.; 笠原 直人; 古川 知成*; 古村 忍*; 矢川 元基*
PNC TY9602 97-001, 26 Pages, 1997/04
これまで高温ナトリウム機器・配管等の設計においては、正確な応力-ひずみ挙動の評価を行うよりも、安全側に挙動を包絡する簡易な手法を採用してきた。この結果、条件によっては非常に大きな安全裕度を与えることになり、コスト高の要因となっていた。高速炉を実用化していく上では、構造物の各部に発生する応力-ひずみ関係を正確に算定できる非弾性解析手法が必要となる。一方、非弾性解析において材料の挙動を忠実に表現するための構成方程式として、多くの状態記述を行う詳細な式の適用が有力である。しかし、こうした式は、その材料定数の決定過程が複雑で、試行錯誤による膨大な作業が必要であった。簡易なモデルの持つ解析上の利点もあるが、この材料定数決定の難しさも詳細構成方程式の適用を阻む要因となっていた。本研究では、目的関数の値のみによって最適解を探索できる、ロバストな探索手法である進化的アルゴリズム(EA)を使用することによって、詳細非弾性方程式の一つであるChabocheモデルの有する23個の材料定数を同定する。以下に本報の主な結果をまとめる。(1)詳細な非弾性構成方程式の材料定数を決定するという多大な負荷のかかる計算を、進化的アルゴリズムを実装したワークステーション(SUN Sparc Station10)と非弾性解析を行う超並列計算機(CRAY-T3D)をネットワークで結ぶことにより高速並列実行するシステムを開発した。(2)進化的アルゴリズムを用いることにより、詳細な非弾性構成方程式の材料定数を自動的に同定できることを確証した。
矢川 元基*; 吉村 忍*; 曽根田 直樹*; 平野 雅司
Nucl. Eng. Des., 174(1), p.91 - 100, 1997/00
被引用回数：9 パーセンタイル：59.76(Nuclear Science & Technology)本論文は、原研からの委託の下に日本機械学会の研究小委員会RC111で実施した原子炉圧力容器(RPV)を対象とした確率論的破壊力学(PFM:Probabilistic Fracture Mechanics)に関する最近の研究活動を紹介するものである。この活動では、PFMを用いて加圧熱衝撃(PTS:Pressurized Thermal Shock)事象時におけるRPVの損傷確率を評価する標準的な手法を確立することを目的として、複数の解析コードを用い、米国原子力規制委員会と電力研究所が提案したベンチマーク問題の解析等を実施した。その結果、RPVの損傷確率は、初期亀裂形状、その存在確率分布、材料特性等の入力条件に大きく依存することが明らかとなった。本論文に示された解析結果は、これらの入力条件を保守的に設定する際に有用な情報を提供する。
矢川 元基*; 幾島 毅
JAERI-M 87-165, 168 Pages, 1987/10
本報告書は、日本原子力研究所の委託により、日本機械孝会研究協力部会RC-62「キャスク構造解析研究分科会」において実施された研究成果(そのII)についてまとめたものである。
