凝固組織微細化のための大規模マルチフィジックスｐｈａｓｅ－ｆｉｅｌｄ計算法の確立

精细凝固组织大规模多物理相场计算方法的建立

基本信息

批准号：
18J15230
负责人：
坂根慎治
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

凝固組織の微細化は高性能材料開発において重要な課題である．本研究では，添加剤によらない組織微細化の鍵になると注目されているデンドライト（樹枝状結晶）のフラグメンテーション(破断)発生メカニズムを数値計算によって解明することを目的とする．そこで，自発的なフラグメンテーションを再現可能なphase-field(PF)法に基づく凝固モデルを構築する．また，計算コストの高いPF凝固モデルを大規模に計算可能な高性能計算手法を確立する．本年度は，破断後のデンドライトの成長挙動を評価するために必要な，多数のデンドライトの成長，運動，衝突，結合，粒成長を同時に評価可能なPF格子ボルツマン凝固シミュレーションの高効率計算手法開発を行い，350個のデンドライト粒からなる等軸晶形成過程の再現計算に成功した．ここで，多数のデンドライト粒を効率的に取り扱うために，数値格子の各点上に存在する粒のPF変数の値のみを保存するactive parameter tracking (APT)法の実装を行った．このAPT法の導入により，単一GPUを用いた50個の粒を取り扱った計算において，約2.5倍計算時間が短縮されることを示した．さらに，複数GPU並列計算を実装し，64 GPUを用いた並列計算において1 GPUの場合の計算よりも30.8倍計算性能が向上することを確認した．次に，液相流動および固体の運動を伴うデンドライト成長計算を効率化するため，解適合格子法を実装した複数GPU並列計算手法を構築した．さらに，構築手法を用いて単一デンドライト沈降計算を実施し，16 GPUを用いた並列計算において均一格子を用いた場合よりも約15倍計算が高速化することを示した．フラグメンテーションを再現可能な計算手法の構築に関して，2次元問題については完了しており，今後，本課題で開発した手法を3次元問題へと拡張することで，自発的なフラグメンテーションの定量的評価が可能になると考えている．

凝固结构的完善是发展高性能材料的重要问题。这项研究旨在阐明树突（裂缝）产生树突（树突）的机理，这吸引了人们通过数值计算而不受基于添加剂的添加剂的关键，这是通过数值计算而不受基于添加剂添加剂的关键。因此，我们基于可以自发碎片化的相位场（PF）方法构建了凝血模型。此外，还建立了高性能计算方法，该方法允许对具有高计算成本的PF固化模型进行大规模计算。今年，我们为PF晶格Boltzmann固化模拟开发了一种高效的计算方法，该模拟允许同时评估许多树突的生长，运动，碰撞，碰撞，粘合和谷物的生长，这对于评估破裂后树突的生长行为是必要的，并且成功地重现了等均晶体形成的350 Dendrite dendrite dendrite denderrite dendrite denderrite denderrite dendendrite dendendrite denderrite dendendrite denderrite denderrite denderrite dendrite。在这里，为了有效处理许多树突颗粒，我们实现了一个主动参数跟踪（APT）方法，该方法仅存储数值晶格每个点上存在的晶粒变量的值。当使用单个GPU 50粒时，这种APT方法已显示可将计算时间减少约2.5倍。此外，我们实施了多次GPU并行计算，并确认使用64 GPU的平行计算比1 GPU中的计算性能好30.8倍。接下来，为了简化液相流和固体运动的树突生长计算，构建了多GPU平行计算方法，以实现溶液拟合晶格方法。此外，使用施工方法进行了单一树突沉积计算，并显示计算的速度比使用16 GPU在平行计算中使用均匀晶格的速度快15倍。关于可以重现碎片化的计算方法的构建，第二个问题已经完成，我们认为，通过将本期中开发的方法扩展到将来的3D问题，可以定量评估自发的碎片化。