データ同化法の活用による計算組織学の再構築

使用数据同化方法重建计算组织学

基本信息

批准号：
21J21292
负责人：
松浦祐樹
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

データ同化法を活用した準安定相のギブスエネルギー推定に関しては，まず，HAADF-STEMや4DSTEM観察実験により得られる分相ガラスの濃度場は，実際には3次元の組織を電子線照射方向に次元圧縮した低次元（2次元）の濃度場情報として得られるが，このことを念頭に置いて，以下のような双子実験を実施した．簡単のため2次元のPFシミュレーションで生成したスピノーダル分解組織を，y軸方向に次元圧縮（平均化）することによって1次元の濃度場情報を作成し，その1次元の濃度場情報を観測データとして用いて熱力学パラメータを推定するアジョイントモデルを構築した．既知の初期濃度場（2次元）を使用した場合には，パラメータの推定に成功した．次に，BaO-SiO2ガラスにおいて近年見出された，組織ドメイン境界が平行移動することによって1つの相分離組織が異なる相分離組織に連続的に置き換わるような組織変化をモデル化したPhase-field(PF)モデルに対し，逐次データ同化法の一つである粒子フィルタを適用した．アモルファス相のギブスエネルギー関数を濃度の10次式にエントロピー項を加えた式にて定義したPFモデルに対し，粒子フィルタを用いて，PFモデル内の11個のギブスエネルギーパラメータを複数同時推定する手法を構築した．初期分布の設定や高次項がパラメータ推定値に及ぼす影響が特に大きいことを明確化した．そして，アジョイント法のPF法への適用に関しては，一般化KJMA式のパラメータ推定を行った．加えて，KKT条件を考慮する手法を提案することにより，従来は困難であった，PFシミュレーションにおいて広く行われる秩序変数の不等式制約（例えば，凝固のPFモデルにおける固相の存在確率φに対する任意の位置xおよび時間tにおける不等式制約0≦φ(x,t)≦1）に対するアジョイントモデルの導出を可能とした．

Regarding Gibbs energy estimation of metastable phases using data assimilation methods, first, the concentration field of phase-separated glass obtained by HAADF-STEM or 4DSTEM observation experiments is actually obtained as low-dimensional (2D) concentration field information, in which three-dimensional tissue is compressed in the direction of electron beam irradiation, but with this in mind, the following twin experiments were carried out.为简单起见，通过二维PF在Y轴方向上产生的旋缺座分解结构来创建一维浓度场信息，并在Y轴方向上产生了旋缺链分解结构，并构建了使用一维浓度浓度浓度的现场信息信息，从而构建了一个A Khoint模型，其中估算了热力学参数。当使用已知的初始浓度场（2D）时，成功估计了参数。 Next, a particle filter, one of the sequential data assimilation methods, was applied to the Phase-field (PF) model, which modeled tissue changes in which the tissue domain boundaries were transposed by a different phase-separated tissue, which was recently discovered in BaO-SiO2 glass, in which a single phase-separated tissue was successively replaced by a different phase-separated tissue due to the translation of tissue domain boundaries.构建了一种方法，以同时估计PF模型中的多个Gibbs能量参数，该方法是由一个方程定义的，在该方程中，使用粒子滤波器将无定形相的Gibbs能量函数添加到浓度的第十阶方程中。已经澄清的是，初始分布设置和高阶项对参数估计的影响特别大。此外，关于将A Khoint方法应用于PF方法，使用广义KJMA方程估算参数。另外，通过提出一种考虑KKT条件的方法，可以为PF模拟中广泛使用的有序变量的不平等约束而得出A期模型（例如，在任何位置x和时间t的不平等约束0≦φ（x，t）≦1和时间t，对于固体相位的可能性t，在PF模型中存在固体相位的可能性）。