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論文

客員人工物工学研究部門

中島 憲宏; 青木 恵子*

東京大学人工物工学研究センター2017年度研究年報, p.51 - 53, 84, 2018/12

人工物工学研究センターの客員人工物工学研究部門は、その第三期活動において、社会に科学技術を一層浸透させる社会科学的方法論の確立を目指して、産業社会等の立場から共同研究や研究協力を進めている。社会の中の人工物工学(Socio-Artifactology)研究と人工物と人との相互作用(Human-Artifactology)研究の二課題について、提案された工学的方法論や手段あるいは社会とのかかわり方等を応用分野の観点から考察していくことを旨として、社会実験や計算機内実験等を通して活動している。また、応用分野における二課題の基礎基盤研究をニーズ指向的に進めた。

論文

アブダクションによるデータ解析; 計算予測結果を読み解く力

中島 憲宏

日本原子力学会誌, 59(8), p.34 - 38, 2017/08

シミュレーションを設計過程において活用するためには、それを使いこなす技術の他に、シミュレーションが紡ぎ出す膨大なデータの読解力が必要である。設計案に対するシミュレーション解の分析や評価過程に、人工物工学が提唱する「どの視点も取り入れた仮説・法則や行為を導出するためのアブダクション基盤」を取り入れ、想定外や見落としなどを最小化できるように人工知能などを活用したデータ解析技術の取り組みなどを概観する。

論文

3次元有限要素モデルによる原子力施設の地震応答解析モデルの構築のための感度解析

崔 炳賢; 西田 明美; 中島 憲宏

構造工学論文集,B, 63B, p.325 - 333, 2017/03

日本原子力研究開発機構では、原子力施設の3次元振動シミュレーション技術の開発に取り組んでいる。本研究では、HTTR建屋の3次元有限要素モデルを用いた東北地方太平洋沖地震に対する地震応答解析を実施し、不確定性を持つ入力パラメータに対して感度解析を行った。また、3次元有限要素モデルにおける不確定性を持つ入力パラメータ設定に関して、建屋応答解析結果のばらつき評価を実施した。

論文

Investigation of error estimation method of observational data and comparison method between numerical and observational results toward V&V of seismic simulation

鈴木 喜雄; 川上 義明*; 中島 憲宏

Mechanical Engineering Reviews, 4(1), p.15-00525_1 - 15-00525_18, 2017/01

耐震シミュレーションの検証と妥当性確認(Verification and Validation: V&V)に向けて、観測結果に含まれる誤差を見積もる方法と、見積もった誤差を用いて観測結果とシミュレーション結果の比較を行う方法について、これまでどのような方法が利用あるいは提案されているか調査した。調査の結果、観測結果に含まれる誤差を見積もる方法としては、分解能、直線性、感度温度係数、零点変動の温度係数、横感度などの記録時における誤差混入、換振器特性によるそれら誤差の増幅、エイリアジングの影響と後処理段階での零基線設定などを考慮し、それぞれから生じる誤差を個別に見積もるとともに統合して見積もる必要があることが分かった。観測結果とシミュレーション結果の比較を行う方法としては、これまで、主に6つの方法が利用あるいは提案されており、それぞれどのような利点・欠点があるか整理した。その結果、比較を行う方法は必ずしも十分確立されておらず、各方法を欠点を考慮しながら利用していく、いくつかの方法を組み合わることでそれぞれの欠点をカバーしていく、あるいは、新たな方法を模索していく必要があることが分かった。

論文

原子力プラントの地震応答解析と可視化

中島 憲宏; 西田 明美; 宮村 浩子; 飯垣 和彦; 沢 和弘

可視化情報学会誌(USB Flash Drive), 36(Suppl.2), 4 Pages, 2016/10

組立構造を意識した有限要素解析により、原子力プラント全体での俯瞰的な耐震裕度評価と各部ごとの詳細な評価技術を実現する手段として、FIESTA(Finite element analysis for structure of assembly)と呼ぶコードを開発するとともに、組立構造解析技術の研究を進めている。本報では、観測値と計算解の照合を具体事例で例証した結果の可視化技術について報告する。地震波としては、震源地でマグニチュード5以上の7波を使い、「京」コンピュータにより地震応答解析を実施した。結合部を有する複雑構造物である原子力プラントの振動解析/耐震性評価過程を、Visual Analytics手法により実施した内容について報告する。これにより「組立構造解析」で耐震性評価に不可欠な計算結果の「確かさ」を向上する方法論をVisual Analytics手法により提案できた。

論文

A Parametric study for the seismic response analysis of a nuclear reactor building by using a three-dimensional finite element model

崔 炳賢; 西田 明美; 中島 憲宏

Proceedings of 24th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-24) (DVD-ROM), 7 Pages, 2016/06

日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)システム計算科学センターでは、原子力施設の3次元振動シミュレーション技術の研究開発を進めてきた。2011年東北地方太平洋沖地震では、原子力機構大洗地区の高温工学試験研究炉(HTTR)では、震度5強を観測した。本研究では、様々な不確定性を有するパラメータ(地盤・建屋相互作用、地盤物性)を用いたHTTRの3次元有限要素モデルによって実施した東北地方太平洋沖地震の地震応答解析のパラメータスキャン結果を報告する。上記の不確定性を有するパラメータに対する応答結果のばらつきを評価することにより、妥当性の高い3次元有限要素モデルの構築に必要な知見が得られた。

論文

「京」利用による次世代耐震シミュレーションの例証

中島 憲宏; 鈴木 喜雄; 宮村 浩子; 西田 明美; 川上 義明; Guo, Z.; 富山 栄治*

計算工学, 20(4), p.3338 - 3340, 2015/12

HPCI戦略プロジェクトの分野4ものづくりにおける課題5「原子力施設等の大型プラントの次世代耐震シミュレーションに関する研究開発」の研究開発内容について解説した。例証は高温工学試験研究炉を対象としている。FIESTA(Finite Element Analysis for Structure of Assembly)を京上に実装し、その並列化効率や実装効率を報告した。また、大規模可視化技術による可視化事例も報告した。

論文

Time domain response analysis for assembly by integrating components

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 鈴木 喜雄; 松川 圭輔*; 大嶋 昌巳*; 井土 久雄*

Transactions of 23rd International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-23) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2015/08

システム計算科学センターではFIESTAと呼ぶ組立構造解析コードをベースとした仮想振動台の研究開発を展開している。本報では、千代田化工建設と協力し、石油プラントのストラクチャーの仮想振動台実験を実施した結果について報告する。仮想振動台実験を用いた数値実験では、石油プラントのストラクチャーを詳細に部品毎にモデル化し、部品毎に作成された有限要素分割モデルを統合して、組宛て構造解析コードを用いて、動的解析を実施した。時刻歴応答解析では、オンサイト波等4波を用いて京コンピュータで計算した。いずれの計算でも俯瞰的には従来の解析技法による結果が保守的であることを確認でき、詳細な部位の計算では仔細な構造挙動の分析が可能となった。

論文

設計案の分析過程におけるデータ分析

中島 憲宏; 宮村 浩子; 川上 義明; 河村 拓馬

可視化情報学会誌, 35(Suppl.1), p.233 - 238, 2015/07

機械構造物の想定される損傷の誘因定義し、これによる想定現現象を仮定し、損傷可能性箇所を分析する作業は、設計過程において重要である。本論では、地震による要因を例にとり、これにより想定されうる現象をシミュレーションし、その結果を数理的に分析することで損傷可能性箇所の情報可視化する技術を試作した。一般機械部品を例にとり、設計者が損傷可能性箇所を設計者の感性により理解するための手段として例証した。

論文

客員人工物工学研究部門

中島 憲宏; 青木 恵子*

東京大学人工物工学研究センター2014年度研究年報, p.41 - 43, 2015/06

人工物工学研究センターの客員人工物工学研究部門は、その第三期活動において、社会に科学技術を一層浸透させる社会科学的方法論の確立を目指して、産業社会等の立場から共同研究や研究協力を進めている。社会の中の人工物工学(Socio-Artifactology)研究と 人工物と人との相互作用(Human-Artifactology)研究の二課題について、提案された工学的方法論や手段あるいは社会とのかかわり方等を応用分野の観点から考察していくことを旨として、社会実験や計算機内実験等を通して活動している。また、応用分野における二課題の基礎基盤研究をニーズ指向的に進める。

論文

Seismic response simulation of High-Temperature Engineering Test Reactor building against 2011 Tohoku earthquake

西田 明美; 中島 憲宏; 川上 義明; 飯垣 和彦; 沢 和弘

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 7 Pages, 2015/05

原子力機構システム計算科学センターでは、原子力施設の3次元振動シミュレーション技術の開発に取り組んでいる。これまでに、原子力機構の研究炉のひとつであるHTTR(高温工学試験研究炉)の建屋や機器の3次元モデルを作成し、観測記録等との比較により継続的にモデルの妥当性検証を行っている。2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震は、HTTRが建設されている大洗地区において、震度5強を観測した。今般、HTTR建屋の3次元モデルを用いた東北地方太平洋沖地震に対する地震観測シミュレーションを実施し、従来モデルでは再現が困難であった振動モードの再現に成功したので、得られた結果を報告する。

論文

Numerical modeling assistance system in finite element analysis for the structure of an assembly

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 鈴木 喜雄; 沢 和弘; 飯垣 和彦

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 5 Pages, 2015/05

数値解析結果の妥当性を推定する手段の一つを提案する。有限要素法による構造解析をスーパーコンピュータの並列計算機能を活用して実行し、解析結果の相違を分析するとともに、入力データである有限要素分割の粗密を変更した解析結果を分析し、数値計算的な確かさを推定するシステムを提案する。解析結果を表現する解析結果モデルの形成過程は、データベースで機能IDとその計算手順のリストによって記述する。解析モデルマネージャは、計算手順を記述したリストの順序によって、すなわち複数の数値計算手続きにより、シミュレーションを実行することで、目的とするシミュレーションの数値計算解を出力する。その結果、目的とするシミュレーション結果が複数生成されることから、これらの結果の相違を比較し分析することで、解の正確さを推定する。本論での数値実験は静解析と動解析で実施し、その正確さを判断するための必要な手続きを明らかにした。数値実験は、京を用いて行った。

論文

設計計算モデリングの動的支援技法

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 鈴木 喜雄

日本機械学会第24回設計工学・システム部門講演会講演論文集(USB Flash Drive), 9 Pages, 2014/09

計算科学を用いたアナリシスとして有限要素法を用いた構造解析やシミュレーションが活用され始めて久しい。実現象、特に「ものづくり」における利用条件を想定したなかでの設計対象の構造分析をシミュレーションすることはやさしくない。一層合理的な設計対象の分析を可能とするために、シミュレーショ手続きを動的に管理制御し、創発的方法論に基づく設計対象の構造分析を「京」のような並列計算機を活用して、その考え方を実装した。その結果、適切な解析解の推定を可能とする見通しを得た。

論文

Structural analysis for assembly by integrating parts

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 岡田 達夫*; 鶴田 理*; 沢 和弘; 飯垣 和彦

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 9 Pages, 2014/07

機械製品は、その大小や複雑さによらず少なくとも二つ以上の部品から組立てられており、原子力発電所などは1000万以上の部品からなる構造物である。本論では、その構成部品を集積してアセンブリ構造の解析方法論について報告する。集積された部品を有限要素解析しようとすると、部品間の合わさる部分の有限要素分割数が合わず、節点や要素が不連続な状態となり、一般には連続体として計算ができなくなる。これを回避する方法として、六面体の有限要素を結合する技術を開発した。これにより従来の自動要素分割手法等でも困難であったアセンブリ構造物の有限要素解析を可能とした。

論文

大型プラントの次世代耐震シミュレーション

中島 憲宏; 西田 明美; 川上 義明; 岡田 達夫; 鶴田 理; 沢 和弘; 飯垣 和彦

ターボ機械, 42(5), p.332 - 338, 2014/05

原子力施設等の大型プラントの次世代耐震シミュレーションの研究開発では、強固な産学官連携体制の下、大型プラントのものづくりで必要とされる、実験では不可能な詳細かつ一体的な耐震シミュレーション技術(あるがままシミュレーション技術)を研究開発し、開発した技術の機能確認と動作検証及び具体事例への適用実験を行う。これにより、原子力施設等の大型プラントにおいて設計用基準地震動に対する安全余裕を一層合理的に設定する方法の確立に貢献していくとともに、安心・安全社会の構築に資することを目標としている。現在までに「京」の4096ノードまでを使い100ケース以上の解プロダクション・ランとして、感度解析などを実施してきたので、その事例も報告する。

論文

計算科学技術の視点からの分析

中島 憲宏

福島第一原子力発電所事故: その全貌と明日に向けた提言; 学会事故調最終報告書, p.228 - 237, 2014/03

日本原子力学会は、原子力分野の専門家の集団として、原子力災害に対する責任を痛感し、事故の発生以来、事故の収束および環境修復に積極的に関与し、その責務を果たすべく活動に取り組んだ。その一環として、平成24年(2012年)6月22日、「東京電力福島第一原子力発電所事故に関する調査委員会」を発足させた。委員会は、学会を構成する部会や連絡会・委員会等から委員を集め、活動を進めた。原子力分野の専門家の学術的な集団としてこの事故を防ぎ得なかった反省に立ち、上記のさまざまな事故調査とは別に、専門的な視点から事故事象とその影響等について深い分析調査を行うと共に、原子力界の問題点についても真剣に向き合い、二度とこのような原子力災害を起こさないための対策を打ち出すことが、自らの責務と考え9章構成で報告する。

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

原子力施設のための3次元仮想振動台システムの研究開発への取り組み

西田 明美; 鈴木 喜雄; 山田 知典; 木野 千晶; 鵜沢 憲*; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 武宮 博; 中島 憲宏

RIST News, (54), p.33 - 37, 2013/01

原子力施設は複雑かつ巨大な構造物であり、多数の部品から成り立っている。このような複雑・巨大構造物の挙動をシミュレーションしようとするときには、解析技術だけではなく、プリポスト処理を含めた総合的なシステムとしての視点が重要となる。そこで、システム計算科学センターでは、構造部品を部品単位で認識し、必要な解析のためのデータを組み上げていく組立構造解析アプローチを提案し、原子力施設のような複雑・巨大構造物の挙動解析のためのフレームワークを試作した。これまでに、原子力機構大洗研究開発センターにある高温工学試験研究炉の建屋や機器のデータを用いた数値実験を行い、原子力施設全体での大規模地震応答シミュレーションが可能であることを実証した。本稿では、3次元仮想振動台システムのフレームワーク、システムの核となる組立構造解析アプローチ、結果評価のための可視化技術、および、3次元仮想振動台システムの適用研究として2011年より着手した地震リスク評価への試みについて述べる。

論文

R&D of a zooming analysis to verify a seismic simulation of an entire nuclear plant

鈴木 喜雄; 星 芳幸*; 坂本 健作; 中島 憲宏

Proceedings of 4th International Conference on Computational Methods (ICCM 2012) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2012/11

原子力機構では、巨大地震下における原子力施設の耐震評価のさらなる向上のため、原子力施設全体の挙動解析を可能とする3次元仮想振動台の研究開発を実施している。3次元仮想振動台には、原子力施設全体をシミュレーションする、地盤-建屋-機器(ビームモデル)の統合構造シミュレーションと、機器の詳細な振る舞いをシミュレーションする、部品から機器(ソリッドモデル)への組立構造シミュレーションが含まれる。ここで機器を構成する数千部品のソリッドモデルの品質を調査するため、統合構造シミュレーションの機器の一部を対象とし、その機器を構成する少数部品のみを組立構造シミュレーションするズーミング手法を採用することとし、そのためのツールを試作した。本ツールを検証するために、さまざまな断面形状を持つ片持ち梁モデルの静的解析と動的解析に本ツールを適用した結果、図心の微修正が必要となる場合があるが、リッドモデルの結果はビームモデルの結果とおおむね一致することを確認した。また、本ツールを原子力施設の少数部品の静的解析に適用した結果、ソリッドモデルとビームモデルの結果の誤差が10%以下となっていることを確認した。

論文

R&D of validity evaluation system for seismic simulation of entire nuclear plant

鈴木 喜雄; 宮村 浩子; 中島 憲宏

Proceedings of 20th International Conference on Nuclear Engineering and the ASME 2012 Power Conference (ICONE-20 & POWER 2012) (DVD-ROM), 9 Pages, 2012/07

近年、原子力施設全体規模の耐震挙動等、実事象を扱える全容シミュレーションが可能となってきている。シミュレーションは、「偶発的な不確かさ」や「認知的な不確かさ」などさまざまな「不確かさ」を含んでいるため、このようなシミュレーションを用いて現象を正確に把握するには、これらの不確かさの度合いを定量的に導出し、低減する必要がある。このため、不確かさの度合いとして計算確度を導出し、評価するためのシステムを研究開発している。本システムは、現在、(1)局所の不確かさの要因を分析するためのツール、(2)局所の不確かさが全体の不確かさへ及ぼす影響を分析するためのツール、(3)計算確度を導出するためのツール、の3つのツールから構成されている。本論文では、特に、(1)に含まれる、シミュレーション結果から特徴的な分布を持つ領域を自動的に抽出し誤差評価結果と合わせて表示する機能について詳細に述べる。また、(1)の機能を、われわれが実施している原子力施設全体規模の耐震シミュレーションに適用し、ピーク応力の分布を抽出した結果を示す。

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