演算加速器型スパコンによる実スケール防災シミュレーションのフレームワーク構築

使用计算加速器超级计算机构建真实规模的防灾模拟框架

基本信息

批准号：
16J09324
负责人：
都築怜理
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Tokyo (2017)Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (2016)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の前半において、昨年度開発した表面形状を考慮した QDEM (QDEMSM) による粘弾性体の多体計算コードと SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 法による流体計算コードを合体させ、多数の浮遊する構造物を含んだ流体問題に対する SPH-QDEM 連成解析コードを開発した。複数の瓦礫を含むダムブレイク計算を例題として実施した結果、構造物を粒子連結により表現し、粒子を節点とみなして力の伝達を行う従来の方法と比べて、節点数が少ない場合にも構造物への染み込みを抑えた流体・構造連成が可能であることが分かった。また、OpenMP に基づく複数 CPU 計算コードの開発、及びヒルベルト空間充填曲線による動的領域分割法の適用まで進めることができた。幾つかの流体構造連成シミュレーションの結果から、構造物の多体衝突は当初の予想以上に初期値鋭敏性を伴う非線形の強い問題であることが示されたため、個々の構造物の振る舞いを捉えるよりも全体挙動を正確かつ高速に捉える手法を構築するため、本年度の後半では、確率過程に基づくASEP (Asymmetric simple exclusion process) を用いたシミュレーション手法の開発を進めた。第一段階として取り組んだ単一流路及びそれに隣接する複数のサイトに対する粒子の割り当て問題では、流入口側にサイト使用率が偏向する「self-deflection 効果」を理論解析とシミュレーションの両面から示すことができ、当該成果はアメリカ物理学会の論文誌である Phys.Rev.E に掲載された。

本财年上半年，我们将去年开发的考虑表面形状的QDEM（QDEMSM）粘弹性体多体计算代码与使用SPH（平滑粒子流体动力学）的流体计算代码相结合) 方法。我们开发了一个用于流体问题的耦合 SPH-QDEM 分析代码。以多块碎石进行溃坝计算为例，我们发现，与传统的通过粒子连接表达结构并以粒子为节点传递力的方法相比，即使在研究发现，节点数量很少，可以在抑制渗入物体的同时实现流固相互作用。此外，我们还能够开发基于OpenMP的多CPU计算代码，并应用使用希尔伯特空间填充曲线的动态域分解方法。多个流固耦合模拟的结果表明，结构的多体碰撞是一个强非线性问题，其初始值灵敏度高于最初的预期，因此有必要捕获单个结构的行为以便构造。为了更准确、更快速地捕获整体行为的方法，今年下半年，我们继续开发一种使用基于随机过程的 ASEP（非对称简单排除过程）的模拟方法。在我们第一步解决的将粒子分配到单个通道和与其相邻的多个站点的问题中，我们能够证明“自偏转效应”，其中站点使用率偏向入口通过理论分析和模拟，研究结果发表在美国物理学会期刊Phys.Rev.E上。