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論文

Development of a combined LES/RANS model to predict atmospheric dispersion over urban areas

吉田 敏哉; 中山 浩成

日本計算工学会論文集(インターネット), 2020, p.20200013_1 - 20200013_9, 2020/07

都市域で放出された有害物質の拡散を迅速かつ正確に予測するため、large-eddy simulation (LES)モデルで事前計算した流れ場を用いて、Reynolds-averaged Navier-Stokesモデルにより拡散シミュレーションを行う結合モデルを提案した。まず、本モデルを簡易なストリートキャニオン内における物質拡散に適用した。その結合モデルの結果を風洞実験と比較し、乱流スカラーフラックスの経験パラメータを調整した。最適化したパラメータを使用した場合、結合モデルが予測した水平拡散分布はLESモデルの計算結果とよく一致することが分かった。続いて、結合モデルを実在都市上の物質拡散予測へ適用した。その結果、結合モデルは短い計算時間でLESモデルに近い計算精度を示すことができた。以上より、結合モデルは都市域にて危険物質が放出された際の即時評価に対し、有効なモデルになりうると考える。

論文

局所細分化格子ボルツマン法を用いたアンサンブル風況解析

長谷川 雄太; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏

第25回計算工学講演会論文集(CD-ROM), 4 Pages, 2020/06

都市部における風況と汚染物質拡散のアンサンブル計算を行うため、局所細分化格子ボルツマン法を用いたGPUペースのCFDコードを開発した。本コードはPascalまたはVolta世代のGPUアーキテクチャ向けに最適化されており、数km四方の計算領域・数m解像度の格子において実時間で風況解析を行うことができる。開発したコードを用いて、オクラホマシティで行われたフィールド実験JU(Joint Urban)2003の再現計算を行った。計算では、風況は実験値とよく一致し、また、トレーサ濃度のアンサンブルの平均値および最大値がFactor2(計算値と実験値の比が1/2倍$$sim$$2倍)の条件を満たすことを確認した。

論文

ブロック型適合細分化格子でのPoisson解法のGPU高速化

小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; Ali, Y.*; 下川辺 隆史*; 青木 尊之*

第25回計算工学講演会論文集(CD-ROM), 4 Pages, 2020/06

原子力機構では3次元多相流体解析手法としてJUPITERを開発している。本研究では、JUPITERの圧力Poisson方程式解法として、適合細分化格子(AMR)を用いたマルチグリッド前提条件付き共役勾配法(P-CG)を開発した。計算の高速化として、全ての計算カーネルはCUDAを用いて実装すると共に、GPUスーパーコンピュータ上にて高い性能を発揮する様に最適化した。開発したマルチグリッド圧力Poisson解法は、オリジナルのP-CG法と比較して約1/7の反復回数で収束することが確認された。また、TSUBAME3.0上で8から216GPUまでの強スケーリング性能測定により、更なる3倍の高速化が達成された。

論文

高速炉設計最適化統合プラットフォームを用いた核-熱連成解析手法の開発

堂田 哲広; 浜瀬 枝里菜; 横山 賢治; 田中 正暁

第25回計算工学講演会論文集(CD-ROM), 4 Pages, 2020/06

高速炉の設計を最適化するため、3次元核特性コード(MARBLE)とプラント動特性解析コード(Super-COPD)をPythonプログラミングによってプラットフォーム上で連成させ、炉心の中性子束分布の時間変化を考慮できる核-熱流動連成解析手法を開発した。本稿では、解析コードの連成方法、実プラントの仮想事故解析への適用結果、今後の展開について概説した。

論文

地下水分野におけるデータ同化の活用; 原位置データを用いた水理地質構造の透水不均質性評価

尾上 博則

計算工学, 24(1), p.3851 - 3854, 2019/01

本研究では原位置データを用いた地下水流動の逆解析手法の適用性確認を目的として、揚水試験データを用いた逆解析を実施した。逆解析においては、特に断層に着目し、断層周辺における透水不均質性の空間分布の推定を試みた。研究対象領域は、日本原子力研究開発機構が地層処分技術に関する研究開発のうち深地層の科学的研究を進めている瑞浪超深地層研究所周辺である。その結果、既往研究の知見と整合的な結果が得られており、水圧応答データを用いた逆解析は、原位置で不足する調査量を補うことができる有効なツールの一つであることが示された。

論文

瑞浪超深地層研究所の紹介

尾上 博則

計算工学, 23(2), p.3751 - 3752, 2018/04

本稿は、日本原子力研究開発機構の東濃地科学センターが、岐阜県瑞浪市で進めている超深地層研究所計画で建設した瑞浪超深地層研究所の施設概要や研究環境、最新の研究開発内容を紹介するものである。

論文

高速炉の高サイクル熱疲労解析評価における実機評価までを含むVVUQ実施手順「V2UP」の整備; 品質マネジメントの実装に関する検討

田中 正暁

計算工学講演会論文集(CD-ROM), 22, 4 Pages, 2017/05

ナトリウム冷却高速炉における重要な評価課題の一つである高サイクル熱疲労現象に対する数値解析評価手法の整備およびそれによる実機評価では、不確かさ評価を含むV&Vの実施が重要となる。そのため、原子力学会で策定されたモデルV&Vに関するガイドラインに準拠した実機評価までを含むVVUQ実施手順「V2UP」を整備しており、整備課題の一つである品質マネジメントの実装について、日本計算工学会標準「工学シミュレーションの標準手順」を基づいて検討した結果について報告する。

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

オープンソース遠隔可視化ソフトウェアPBVR

河村 拓馬

計算工学ナビ・ニュースレター(インターネット), 7, p.4 - 5, 2015/06

従来の遠隔可視化システムは、可視化処理速度やメモリ使用量、データ転送量がボトルネックとなって、可視化作業に膨大な時間が必要とされていた。遠隔可視化ソフトウェアPBVR(Particle-Based Volume Rendering)はクライアント・サーバ システムを採用し、大規模な結果データをサイズの小さい可視化用粒子データに変換して転送することでこれらの問題を解決し、ボリュームレンダリングによるインタラクティブな可視化を実現している。開発したPBVRシステムをオープンソースとして公開し、これを記事として寄稿した。

論文

原子力施設の耐震シミュレーションのV&Vの研究開発

鈴木 喜雄; 西田 明美; 鵜沢 憲; 中島 憲宏

計算工学講演会論文集(CD-ROM), 17, 4 Pages, 2012/05

原子力施設全体規模の耐震シミュレーションから得られる結果を評価し、実事象を推定することを目的とし、V&Vの研究開発を実施している。本研究では、原子力施設全体の耐震シミュレーションにこれまで広く用いられてきたビームモデルでの解析と、われわれが研究開発してきた、複数部品(ソリッドモデル)を組み立てて解析可能な組立構造解析の結果を比較するために、ビームモデルの一部を組立構造解析に置き換えて解析するズーミング解析を行えるツールを試作した。本システムを、さまざまな断面を持つ片持ち梁モデルへ適用し、システムが正しく動作することを確認した。

論文

原子力施設の耐震シミュレーションのための妥当性評価システムの研究開発

鈴木 喜雄; 宮村 浩子

計算工学講演会論文集(CD-ROM), 16, 4 Pages, 2011/05

近年、原子力施設全体規模の耐震挙動等、理論や実験で直接扱うことが困難な現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。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、結果の妥当性評価,実現象の推定が不可欠である。しかしながら、このための方法論は十分確立されていない。われわれの最終目的は、この方法論の確立により、原子力施設全体を対象とした全容シミュレーションから実現象を推定可能とすることである。このため、原子力施設全体の耐震シミュレーションから得られる結果を対象として、妥当性評価及び実現象推定のためのシステムの研究開発を進めている。本研究では、シミュレーションに内在する種々の「不確かさ」の要因把握の一つとして、離散化に起因する不確かさを考慮して物理量の特徴的な空間変化を自動的に抽出するシステムを試作した。本システムを、システム計算科学センターが研究開発している、原子力施設の耐震シミュレーション(三次元仮想振動台)へ適用し、誤差評価を伴って応力値の空間変化を抽出できることを確認した。

論文

次世代スーパーコンピュータ京における固体有限要素法解析の基礎的検討

山田 知典

計算工学講演会論文集(CD-ROM), 16, 2 Pages, 2011/05

次世代スーパーコンピュータ京は、国家基幹技術として平成24年の供用開始を目指して、現在、神戸市において整備が進められている。平成21年度に文部科学省により京の計算機資源を必要とし、かつ、社会的・学術的に大きなブレークスルーが期待できる分野として5つの戦略分野が選定され、平成22年度より準備研究が開始された。本講演では「戦略分野,4; 次世代ものづくり」の一課題として実施している「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」の中核ソフトウェアである固体有限要素法解析コードの次世代スーパーコンピュータ京における実装検討について述べる。

論文

原子力グリッド基盤AEGISの研究開発

鈴木 喜雄; 立川 崇之; Kim, G.; 木野 千晶; 宮村 浩子; 手島 直哉; 林 幸子*; 青柳 哲雄; 武宮 博; 中島 憲宏

計算工学講演会論文集, 15(2), p.1051 - 1054, 2010/05

われわれは、原子力研究のための計算基盤を構築するために、原子力グリッド基盤AEGISの研究開発を進めてきた。本研究開発では、スパコンやデータベース等をネットワーク接続した仮想研究環境の構築を目的とした国家プロジェクトITBL(Information Technology Based Laboratory)において研究開発したITBL基盤ソフトウェアの知見と技術を発展させ、安全性と利便性の向上に取り組んだ。安全性については、個人認証とマシン認証による認証機構の二重化を行った。利便性については、利用者端末からグリッドの機能を利用可能とするアプリケーションプログラムインタフェースを開発した。これらの研究開発により、われわれは、原子力施設全体規模の3次元振動シミュレーション,原子力施設の地震耐力予測シミュレータなどの原子力研究に貢献した。

論文

マルチコア環境における複数右辺項を有する構造解析ソルバーの性能評価

山田 知典; 河合 浩志*

計算工学講演会論文集, 15(1), p.179 - 180, 2010/05

反復法による連立一次方程式ソルバーはメモリウォール問題が顕著に影響するアプリケーションとして知られている。近年普及が進んでいるマルチコア環境ではソケットあたりのメモリバンド幅が利用するコア数によらず一定となるため、演算に利用するコア数に比例してメモリウォール問題が顕在化する。そのため、マルチコア環境において反復法による連立一次方程式ソルバーの性能を十分に得ることは難しい。本研究では、複数右辺項問題を有する3次元構造解析を対象に、マルチコア環境で測定したブロック共役勾配法のパフォーマンス結果に基づき、マルチコア環境における反復法による連立一次方程式ソルバーについて考察を行う。

論文

Cellプロセッサにおける境界値問題のための有限要素法の高速実装

櫛田 慶幸; 武宮 博

日本計算工学会論文集(インターネット), 2010, 10 Pages, 2010/03

近年、一つのシリコンチップのなかに複数の処理装置を封入したマルチコアプロセッサーがハイパフォーマンスコンピューティング分野で用いられるようになってきた。なかでも、世界最高性能の計算機であるRoadrunnerに搭載される非均質マルチコアプロセッサーCellは従来のプロセッサーに比べ高い処理性能を持つものの、従来のアルゴリズムを用いた場合はデータ転送速度がボトルネックになりシングルプロセッサーと同程度の性能しか発揮できないことがわかっている。特に、原子炉構造物の解析などに使われる有限要素法はデータ転送が多く発生するためCellでの高速化は困難である。このため、本研究では、Cellの高い計算能力を生かし、従来手法に比べ計算量を増加させながらもデータ転送時間を減じるアルゴリズムを開発し、全体の経過時間を短縮することに成功した。この成果は、今後ますます計算能力とデータ転送能力が乖離してゆくことが予想されるマルチコアプロセッサーの効果的な利用に寄与するものである。

論文

物理的意味の認識を可能とするデータ解析システムのための科学概念語彙モデルの提案

木野 千晶; 鈴木 喜雄; 宮村 浩子; 武宮 博; 中島 憲宏

日本計算工学会論文集(インターネット), 2009(22), 12 Pages, 2009/11

本論文ではシステムによる物理的・工学的意味情報を汎用的に処理するための科学概念語彙(Scientific Concept Vocabulary : SCV)情報モデルを提案した。本モデルは物理的・工学的意味をシステムが数値的に扱えるようにするため、その意味を表現する具体的な実体データを付して記述することができる。よって、その物理的・工学的意味に即して規定された実体データを用いて、新たな物理的・工学的意味(実体データ)を生成することが可能となる。この新たに生成された物理的・工学的意味(実体データ)もまた科学概念語彙情報モデルの枠組みの中で記述されることで、その生成された意味を再利用し、さらに新たな物理的・工学的意味(実体データ)を生成することも可能とする。この科学概念語彙情報モデルを用いることで、システムにおける認識能力の実現を試みる。

論文

マルチコアクラスタのネットワーク構造を考慮した並列密度行列繰り込み群法の通信手法

山田 進; 今村 俊幸*; 町田 昌彦

日本計算工学会論文集(インターネット), 2009(15), 12 Pages, 2009/09

酸化プルトニウムなどの第一原理計算が有効でない物質をシミュレーションする有効な方法の1つに密度行列繰り込み群法(DMRG法)がある。DMRG法は本来1次元モデル用の方法であるが、発表者らがこれまでに提案した並列化により2次元モデルを高精度にシミュレーションすることが可能になった。この並列化ではall-to-all通信を利用しているが、この通信はすべてのプロセス間で通信するため、ネットワークに負担がかかる。現在主流の計算機であるマルチコアクラスタは、ネットワークの帯域に対するプロセス数が多いため、all-to-all通信には適しておらず、並列数を増やすと計算性能が低下する。そこで、問題の物理的性質を利用して通信データのパターンを適切に組合せることで、all-to-all通信を用いない通信アルゴリズムを提案した。この通信方法を用いた並列DMRG法をマルチコア計算機である東京大学のT2Kで実行したところ、これまでの方法と通信量はほぼ同じであるにもかかわらず、最大で4倍以上の通信性能の向上を実現した。

論文

バランシング領域分割法の最適領域分割数の予測とその数値検証

山田 知典; 荻野 正雄*; 吉村 忍*

日本計算工学会論文集(インターネット), 2009(14), 7 Pages, 2009/08

構造力学解析における計算効率の向上のためバランシング領域分割法の最適領域分割数推定方法について新たな提案を行った。大規模並列計算向きの手法として広く知られているコースグリッドコレクションを伴う反復型部分構造法では、その大規模化に伴いコースグリッドコレクションに要する計算量が問題となる。このため、本研究では1反復計算あたりのコースグリッドコレクション及び反復型部分構造法に必要となる計算量を算出し、その最適化を行った。数値計算例として二次加圧水冷却器などの実機器を対象としたシミュレーションを行い本提案手法が有効であることを示した。

論文

巨大アセンブリ構造解析のためのマトリクス連成フレームワークの基礎的検討

山田 知典

計算工学講演会論文集, 14(1), p.247 - 248, 2009/05

原子力プラント等の重要施設の健全性評価のため大規模有限要素法解析に大きな期待が寄せられており、原子力機構では原子力プラント全体の耐震シミュレーションを実行可能な3次元仮想振動台の構築を行っている。原子力プラントは多くの部品から成り立っており、これらの部品の動的挙動を連成させ全体シミュレーションを行う必要がある。また、実稼働中の原子力プラントを取り扱うためには熱,流体等の効果を考慮したマルチフィジックスシミュレーションへの展開も期待されている。本研究では高並列環境において各部品ごとに独立に生成された剛性行列を強に連成させ、連立一次方程式ソルバーの求解を行う解析プラットフォームについて基礎的検討を行う。

論文

構造格子を用いたメッシュフリー有限要素解析における境界要素積分手法

山田 知典; 長嶋 利夫*

日本計算工学会論文集(インターネット), 2009(6), 7 Pages, 2009/03

従来の有限要素解析における要素生成の困難さを排除するためエレメントフリーガラーキン法(EFGM)を代表とする多くのメッシュフリー法が提案され久しい。これらの構造格子を利用したメッシュフリー法は解析対象の形状とメッシュ表面が一致するとは限らないため、境界条件、特に変位拘束等の基本境界条件をどのように適用するかという問題と境界上に存在する要素(境界要素)においていかに効率よく要素剛性行列を積分するかという問題が残されている。本研究ではメッシュフリー法の一種であるStructured eXtended FEMの定式化においてNewton-Cotes積分を利用した境界要素における効率的な要素剛性行列積分手法を示す。

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