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論文

Assembly structure analysis system

中島 憲宏; 西田 明美; 松原 仁*; 羽間 収*; 鈴木 喜雄; 沢 和弘; 飯垣 和彦

Transactions of 22nd International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-22) (CD-ROM), 10 Pages, 2013/06

原子力発電所のような原子力施設は、一千万点以上の部品から構成される組立構造物である。原子力施設は巨大で複雑な構造をしており、大地震時の施設の応答挙動を分析しておくことは必須である。本論では、原子力施設のような沢山の部品から組立てられる構造物の地震時の応答挙動を評価するための、数値シミュレーション技術について報告する。本シミュレーションは、大型構造物である組立品とその構成部品を全体と局所の両面から解析するものである。また、高性能計算機環境である分散及び/又は並列コンピューティング環境で動作するように実装した。本論では、組立構造解析システムの概要と機能について報告し、数値実験とその結果について報告する。実装したアルゴリズムを検証するため、片持ちモデルでの理論解との比較実験を行い、その結果、数値計算誤差範囲での一致を得た。応用実験として、並列コンピュータに組立構造解析システムを実装し、組立構造物のシミュレーションを、原子力機構の高温工学研究炉のデータを用いて計算し、その結果を示した。

論文

Development of three-dimensional virtual plant vibration simulator on grid computing environment ITBL-IS/AEGIS

鈴木 喜雄; 中島 憲宏; 新谷 文将; 羽間 収; 西田 明美; 櫛田 慶幸; 阿久津 拓; 手島 直哉; 中島 康平; 近藤 誠; et al.

Proceedings of 16th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-16) (CD-ROM), 9 Pages, 2008/05

Center for computational science and e-systems of Japan Atomic Energy Agency is carrying out R&D in the area of extra large-scale simulation technologies for solving nuclear plant structures in its entirety. Specifically, we focus on establishing a virtual plant vibration simulator on inter-connected supercomputers intended for seismic response analysis of a whole nuclear plant. The simulation of the whole plant is a very difficult task because an extremely large dataset must be processed. To overcome this difficulty, we have proposed and implemented a necessary simulation framework and computing platform. The simulation framework based on the computing platform has been applied to a linear elastic analysis of the reactor pressure vessel and cooling systems of a nuclear research facility, the HTTR. The simulation framework opens a possibility of new simulation technologies for building a whole virtual nuclear plant in computers for virtual experiments.

論文

3次元仮想振動台の開発・適用研究

西田 明美; 新谷 文将; 松原 仁; 羽間 収; 中島 憲宏

安全研究フォーラム2008参考資料集, p.93 - 94, 2008/02

本課題は、部品レベルで実プラントを模擬して、地震応答解析が可能な計算科学的手法を用いた3次元仮想振動台を開発することを目的としている。従来の地震応答解析法の保守性や地震PSAにおける機器損傷確率評価への活用により、安全性の向上に資するための調査研究を行う。まずは質点系モデルによる解析や実測値との比較検討を可能とする仕組みを整備する。将来的にはPRA/QRA手法への適用方策に繋げられるようにする。

論文

Integrated framework for simulating behaviors of nuclear power plants under earthquakes

羽間 収; 櫛田 慶幸; 松原 仁; 西田 明美; 鈴木 喜雄; 新谷 文将; 青柳 哲雄; 中島 憲宏; 近藤 誠

Proceedings of 9th MpCCI User Forum, p.118 - 124, 2008/00

原子力発電プラントが安定的にエネルギーを供給していくためには、機器部材等の経年劣化を踏まえたうえでの巨大地震に対する耐震性能・設計裕度の確認及び未来状態の予測が急務である。原子力発電プラントのような社会的にも大きなインパクトを有する構造物の耐震性能とその限界の確認は、可能であれば実大試験で実証されるべきである。しかし規模やコスト面の制限によりその実施は事実上不可能である。本研究では、原子力発電プラント内機器の振動特性を3次元・実スケール解析により定量的に見極めることを可能とする統合的なシミュレータを提案し、実装することを目的とする。

論文

原子力プラントのための3次元仮想振動台の構築; 組立構造解析法による巨大施設解析システムの提案

西田 明美; 松原 仁; Tian, R.; 羽間 収; 鈴木 喜雄; 新谷 文将; 中島 憲宏; 谷 正之; 近藤 誠

日本原子力学会和文論文誌, 6(3), p.376 - 382, 2007/09

ここ数年、原子力プラントにおいて予期しえなかった事象が相次いで起こり、その安全保守性に対して従来以上に高い信頼性が求められている。しかしながら、実際の原子力プラント等を用いた保全管理実験や経年運転検証実験には膨大な費用と年月が必要である。そこで、進展著しい計算科学の力を活用して安全かつ効率的に原子力プラントの保全性評価を行おうという試みがなされるようになってきている。著者らは、将来的な原子力耐震情報管制システム構築を見据え、原子力プラント3次元全容シミュレーションの研究開発に取り組んでいる。3次元仮想振動台と呼んでいる本技術は、原子力プラントの機器,建屋,地盤の連成を考慮した実環境下での原子力プラントまるごと数値シミュレーションを最終目標とする。今般、3次元仮想振動台実現のための要素技術として、構造物を部品の組立品として扱い、部品間の連成を考慮することで巨大施設の全体解析を可能とする組立構造解析法を提案し、並列分散計算機環境においてプロトタイプを実装した。本論文では、組立構造解析法の並列分散環境におけるシステム構築について述べ、数千万自由度を有する実プラント冷却系統への適用例を示す。

論文

高速炉の直管型2重管蒸気発生器管板の熱応力評価,2; 大規模詳細熱応力解析

羽間 収; 新谷 文将

日本機械学会2007年度年次大会講演論文集, Vol.1, p.685 - 686, 2007/09

次世代高速炉を実現するための革新技術の一つとして、直管型二重伝熱管蒸気発生器の採用が検討されている。しかし、これを実現するためには、厳しい機械的・熱的環境において7000本もの伝熱管を保持できる大型管板の開発が重要になっている。実現に向けて耐圧上有利な球形管板及び新材料の採用が検討されているが、これは従来設計法が適用できないため、管板の開発にあたって、まずは最大応力発生箇所及び最大応力値を把握することが必要となった。本報では、球形かつ表面に伝熱管保持用スタブ構造を持つ3次元複雑形状構造である球形管板中の最大応力発生箇所及び最大応力値を把握するため実施した大規模詳細熱応力解析の結果について報告する。

論文

A Methodology of structural analysis for nuclear power plant size of assembly

谷 正之; 中島 憲宏; 西田 明美; 鈴木 喜雄; 松原 仁; 新谷 文将; 櫛田 慶幸; 羽間 収; 近藤 誠; 川崎 幸三

Proceedings of Joint International Topical Meeting on Mathematics & Computations and Supercomputing in Nuclear Applications (M&C+SNA 2007) (CD-ROM), 12 Pages, 2007/04

The quakeproof analysis for an assembly structure such as a nuclear power plant should not be calculated as a piece of structure as existed structural analyses as do so, because of heterogeneity of each part in the functionality, which relates to the boundary condition. As well known that nuclear power plant consists of over ten million detailed parts, it takes lots of computational resources such as memory, disk space, and computational power to carry out its analysis. In order to achieve the assembly structure analysis, it is to give an efficient performance method, a treatable data handling method, and taking account the heterogeneity of each part in the functionality. The proposed method is to treat a power plant size assembly with its components. The components are handled by one by one to reduce the size of data at a operation, and to concern heterogeneity of each part.

論文

Towards construction of a numerical testbed for nuclear power plants

羽間 収; 鈴木 喜雄; 松原 仁; Tian, R.; 西田 明美; 谷 正之; 中島 憲宏

Proceedings of 7th MpCCI User Forum, p.132 - 136, 2006/00

原子炉は大規模かつ複雑な構造を持つため、その安全対策のためには非常に厳密な規則のもとに維持されなければならない。しかしながら、フルスケールの原子力装置とその冷却システムを全体として扱うことは制御実験では不可能である。そこで、特大地震や老朽化に対する原子炉の安全性を維持することを目的として、原子力機構では3次元仮想振動台をITBL環境に構築している。現在、組立部品構造法を用いることにより、高性能有限要素弾性シミュレーションシステムを開発した。このシステムを利用して、高温工学試験研究炉HTTRの有限要素モデルを構築した。

論文

Development of a generic coupler for parallel and distributed multi-disciplinary simulations on the Japanese ITBL grid infrastructure

羽間 収; 中島 憲宏; Post, P.*; Wolf, K.*

Proceedings of 8th US National Congress on Computational Mechanics (USNCCM-8) (CD-ROM), 1 Pages, 2005/07

原子炉内における複雑物理現象を解明するために計算科学は常に期待され用いられてきた。これは、実物大かつ稼動状態にある原子炉の実験は不可能であると言えるからである。われわれは、計算機上に仮想原子炉を構築し、数値実験により保守や運用に活用できる3次元仮想振動台と称するシミュレーションシステムの開発を行っている。原子炉内の複雑物理現象を数値的に補足するにはあらゆる現象の相互作用を考慮する必要がある。そこでわれわれは、複数の任意シミュレーションソフトを複数台の任意計算機上で連携させることによって弱連成解析を可能とする極めて汎用性の高いカップラの開発を行ってきている。連成解析を行うにあたっては、莫大な計算資源が必要となり、ソフト,ハード各種資源の共有も円滑に図る必要があるため、本研究ではITBLと称されるグリッド基盤上でカップラの開発を行っている。本報告では、開発を行ってきている並列弱連成解析援用カップラとその利用、また今後の展開について紹介する。

論文

Development of a coupler for parallel simulations of weakly coupled systems on the grid-computing environment

羽間 収; 中島 憲宏

計算工学講演会論文集, 10(1), p.259 - 260, 2005/05

われわれは原子力発電プラントの安全性を計算科学技術により解明・立証する技術の研究開発の一貫として、耐震解析情報管制システム及び3次元仮想振動台の開発を検討している。これは現存する原子炉を仮想的に計算機上に再構築し、全体を複雑組み立て構造物として、おもに数値シミュレーションにより地震動等に対する安全性評価実験を行うというものである。本数値実験環境は各種資源の共有を円滑に図ることが肝要であり、また必要とされる計算資源も莫大なものになるため、これらに対処するため現在開発が行われているITBL(Information Technology Based Laboratory)をその基盤とする。原子炉の数値実験を行うにあたっては、種々の外的要因を考慮する必要があり、取り扱う問題はいわゆるマルチフィジクスとなる。そこでわれわれはITBLグリッド環境内において複数の任意シミュレーションソフトを複数台の任意計算機上で連携させることによって弱連成解析を可能とする極めて汎用性の高いカップラの開発を行ってきている。本報告では、開発を行ってきている並列弱連成解析援用カップラとその利用、また今後の展開について紹介する。

論文

Towards coupling arbitrary software on the Japanese ITBL Grid infrastructure using MpCCI

羽間 収; 中島 憲宏

Proceedings of 6th MpCCI User Forum, p.76 - 77, 2005/05

シミュレーション技法や分散・並列解析手法の進歩に伴い、実時間内に複雑な物理現象を数値的に追跡することが可能になりつつある。しかし、一般的には複数の現象が相互に作用している場合がほとんどであり、これを数値シミュレーションにおいて扱うための連成解析手法の研究・開発が進められてきている。現在、われわれは実大・稼動時の原子炉の数値実験を可能とする3次元仮想振動台の開発を行っている。本システムはITBL上において原子炉内における複雑な現象の解明を目指しており、これを実現するためあらゆるソフトウェア・ハードウェアの連携が必要となる。そのため、独Fraunhofer SCAIが開発したMpCCI及び計算科学技術推進センターが開発を行ってきたSTAMPIを併用することで、ITBLにおいて任意ソフト・ハードの連携による連成解析を可能とする機構の開発を行ってきた。今回は3次元仮想振動台の開発状況及び連成解析機構のITBLへの展開について報告する。

論文

Development of a meta-computing infrastructure for parallel coupled simulations

羽間 収; 中島 憲宏; 平山 俊雄; Post, P.*; Wolf, K.*

IWACOM, P. 161, 2004/11

数値手法やハードウェアの進歩に伴い、複数の物理場を同時に解明する汎用的手法として、連成シミュレーションの研究が可能となり、進められている。このような問題は多大な計算機資源を要するため、ITBLのような並列分散処理環境が必要不可欠である。したがって、われわれは異機種並列計算機間で弱連成解析が行える統合数値シミュレーション基盤の開発をこれまで行ってきている。本基盤は市販ソフトウェアを含めたあらゆるシミュレーションソフトの連携を並列分散処理環境下で可能にすることを目的の一つとしている。統合数値シミュレーション基盤を紹介するとともに、それを流体-構造連成解析に応用し、その有用性を示す。

論文

Development of an integrated numerical simulation system for parallel fluid-structure coupled simulations

羽間 収; Guo, Z.*

計算工学講演会論文集, 9(2), p.617 - 620, 2004/05

今日、計算科学に携わる者であれば誰もがマルチフィジクスシミュレーションの重要性は認識しているが、実施するにあたってさまざまな障害が存在するためその進展は遅いとされている。例えば、ユーザの要望を満たす連成解析を行えるソフトウェアはほとんど存在しないのが現状である。さらに、詳細な解を得るためにはデータの大規模化が必要となり、連成状態で並列計算を実施する必要があり、複雑性が増す。そこで、われわれは統合数値シミュレーションと呼ばれる基盤技術の研究・開発を行っている。これは原研計算科学技術推進センターが開発を行ってきたSTAMPIライブラリ及びMpCCIライブラリを併用させることで、任意シミュレーションソフトを連携させることによるマルチフィジクスシミュレーションを可能にするものである。現在は基盤を用い、Linux PC及びIBM計算機という異機種間において流体-構造並列弱連成解析が行えるシステムが行えるところまで開発は進んでいる。

論文

Seismic simulations for performance based monitoring of frame structures

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。

論文

Practical integrated simulation systems for coupled numerical simulations in parallel

羽間 収; Guo, Z.

Proceedings of International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications (SNA 2003) (CD-ROM), p.119 - 120, 2003/09

数値シミュレーションをより現実に近づけるためには、さまざまな物理現象の相互作用を考慮することが必要不可欠である。しかしながら、そのようなマルチフィジクスシミュレーションを行うには数々の障害があり、この分野の進展の遅さにつながっているのが現状である。例えば、マルチフィジクスシミュレーションを行うには、考慮すべき複数の物理現象を解けるソフトが必要であり、一本化されているものはいまだ市場に出回っていない。自主開発ソフトに関しても、単一現象を追う場合と比較すれば、より多くの計算資源が必要となり、詳細なシミュレーションを行うのは難しいと言える。そこで、われわれはドイツのフラウンホーファSCAI研究所にて開発されている高精度補間及びコード連成を行うMpCCIライブラリ並びに原研計算科学技術推進センターにて開発されてきた分散処理を可能とするSTAMPIライブラリの併用を実現しつつあり、それらを既存のシミュレーションソフトウェアで利用可能としている。両者の併用が実現できれば、詳細なマルチフィジクスシミュレーションが現在よりも手軽に、かつメタコンピューティング環境において詳細に行えるという期待が持てる。

論文

Proposal and implementation of a fluid-Structure coupled simulation system with parallel commercial codes

Guo, Z.; 羽間 収; 山極 満; 平山 俊雄; 松澤 照男*

Advances in computational & experimental engineering & sciences (CD-ROM), 6 Pages, 2003/07

高性能な市販汎用解析ソフトウェアは豊富な解析機能に加え、数値信頼性も高いため、学術研究のみならず、新製品開発等にも多用されている。このため、弱連成アプローチを用いた複数の市販汎用解析ソフトウェアによる多元理現象、いわゆる、異なる物理連成問題への応用研究は最近数年、盛んに行われている。これは弱連成解析システムが最も適合な解析ソフトウェアにより構築でき、より複雑な物理現象を精度良く解析することができるためである。しかし、それぞれ独立に並列化された市販ソフトウェアを一つの連成解析システムとして構築すると、市販ソフトウェア間の通信コミュニケータの相互干渉により、連成解析システムが機能しないことがある。本研究は、本来異機種間通信のために開発されたライブラリSTAMPIを活用して通信コミュニケータの相互干渉を解決し、並列市販解析ソフトウェアによる連成解析システムを構築し、その実効性をも検証することを目的とする。

論文

Development of an integrated numerical simulation infrastructure for fluid-structure coupled problems

羽間 収; Guo, Z.

計算工学講演会論文集, 8(2), p.759 - 760, 2003/05

今日、数値シミュレーションはあらゆる理工学分野で用いられ、その用途は設計から物理現象の解明と幅広い。数値シミュレーションはあらゆる場面で用いられるようになってきたが、物理現象の解明に役立てるためには往々にして種々の外的要因を考慮する必要があり、取り扱う問題はmulti-disciliplinaryやマルチフィジクスとなる。このようなシミュレーションには大変高度な知識と技術が要求されるため、その進展は遅いとされている。マルチフィジクス問題において大変重要であると認識されている問題に、流体-構造連成問題がある。われわれはドイツFraunhofer SCAI研究所と共同でMpCCIという通信及び物理量補間ライブラリの開発と普及に力を入れてきた。このMpCCIライブラリを用い、流体,構造ともに任意のプロセッサ数を用いた並列計算が可能な弱連成形式の数値シミュレーション基盤システムの開発を行ってきている。本報告では、今回開発を行った連成解析シミュレーションシステムの紹介を行う。

論文

Visualization systems on the Information-Technology-Based Laboratory

鈴木 喜雄; 齋 和憲*; 松本 伸子*; 羽間 収

IEEE Computer Graphics and Applications, 23(2), p.32 - 39, 2003/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:43.86(Computer Science, Software Engineering)

日本原子力研究所計算科学技術推進センターでは、ITBL実行計算機上で実行される数値シミュレーションの結果を可視化する、ITBL環境適合型可視化ソフトPATRAS/ITBL及びAVS/ITBLの実装及び開発を進めている。PATRAS/ITBLは、地理的に離れた場所に設置された複数台のスーパーコンピュータを有効に利用したシミュレーションに対して実時間可視化が行えるよう開発を行っている。一方、AVS/ITBLでは、AVS/Expressの機能拡張により、拠点サイトの可視化サーバから任意サイトのITBL実行計算機のディスクに置かれているデータを直接読みに行くことを可能としている。また、AVS/Expressによって可視化される画像に対して、ネットワークファイル(Vファイル) を指定するだけで、Webブラウザ上で表示できる機能も開発している。これら可視化システムの構造や機能について述べている。

口頭

The Large-scale numerical analysis of nuclear power plant in distributed computational environment

松原 仁; 南 貴博; 羽間 収; 西田 明美; Tian, R.; 中島 憲宏; 谷 正之

no journal, , 

原子力プラントは、圧力容器,中間熱交換器など多数の複雑な部品からなる大規模組立構造物であり、それぞれが互いに連成することによって外力に抵抗する。したがって、原子力プラントの各部品が他の部品、あるいは全体に及ぼす影響を明らかにすることは、構造工学上極めて重要な課題である。従来、このような問題を取り扱う場合、原子力プラントは、一体構造物と仮定され、各部品間に生じる相互作用力を加味した全体挙動の評価は不可能であった。本研究では、原子炉と一次冷却系に対して、ITBLグリッド環境の利用による部品間接続を加味した三次元有限要素法の構築を試みた。その結果、各部品の変形挙動や応力状態を加味した原子炉全体解析が可能になり、静的外力作用時における原子炉全体の応力・ひずみ状態が明らかになった。

口頭

原子力プラントのための耐震情報管制システム構想,1; 原子力グリッド基盤(AEGIS)の構築

鈴木 喜雄; 櫛田 慶幸; 山岸 信寛; 南 貴博; 松本 伸子; 中島 康平; 西田 明美; 松原 仁; Tian, R.; 羽間 収; et al.

no journal, , 

日本原子力研究開発機構システム計算科学センターでは、原子力グリッド基盤(AEGIS: Atomic Energy Grid InfraStructure)の研究開発を推進している。本研究開発の目的は、原子力研究の基盤となるグリッド環境の構築である。本研究開発の主なターゲットの一つとして、原子力プラントのための3次元仮想振動台の構築がある。ここでは、原子力プラントの機器,建屋,基礎,地盤の連成を考慮した数値解析による実条件・実環境下での原子力プラントまるごとシミュレーションを目標としている。本講演では、AEGISの前身にあたるグリッド基盤技術及び本技術の3次元仮想振動台のプロトタイプへの適用について述べる。

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