【研究領域課題番号】19H01933 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シミュレーション / ブラックホール連星 / 星団 / 星団形成 / 数値シミュレーション / 分子雲 / N体シミュレーション / 流体シミュレーション / 矮小銀河 / 球状星団 / 近傍銀河 / ブラックホール / 連星 / 銀河

【研究成果の概要】

本研究は、銀河中での星団形成シミュレーションを行い、得られた星団の分布と、星団進化シミュレーションから得られた星団での連星ブラックホールの合体率を用いて、宇宙全体における星団起源の連星ブラックホール合体による重力波放出率を理論的に求めることを目的とする。そのために、本研究では、星団の星一つ一つを分解でき、星の軌道をこれまでより高精度で計算できる流体/N体シミュレーションコードの開発を行い、それを用いて星団形成シミュレーションを行った。様々な質量、密度の分子雲での星団形成シミュレーションを行い、それぞれについて、形成する星団の質量分布を得た。

【研究の社会的意義】

重力波が検出されるようになって以来、ブラックホール連星の合体を起源とする重力波が数多く検出されてきた。ブラックホール連星の形成過程として有力な仮説の一つが、星団内での星の力学的な相互作用である。本研究では、星団の母体となる分子雲とそこから生まれる星団の関係を明らかにしてきた。これまで盛んに行われてきた星団内でのブラックホール連星の形成率や合体率と組み合わせることで、宇宙全体でどの程度の星団起源のブラックホール連星の合体が重力波観測装置で検出されると期待されるか見積もることができる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究領域課題番号】18H01656 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

GPSデータ / ヒューマンモビリティー / 輸送現象 / モデル構築 / 数値シミュレーション / 統計物理モデル / COVID-19 / 行動パターン / ヒューマンモビリティ / シミュレーション / 流域解析 / 渋滞 / 相転移現象 / 流動パターン

【研究成果の概要】

約100万人のスマホGPSデータを解析し都市圏の人流に関する基本的な特性を明らかにした。大都市圏での人流パターンを流域という視点に基づいてマクロ的に捉える新しいデータ解析手法を確立し、流域のサイズの分布や形状が都市に依存しない普遍的な特性を持ち、さらに、Covid-19の感染下でも基本特性が維持されていることを見出した。また、人流を電流とみなすアナロジーによって、都市圏の交通流を近似する電気回路モデルを構築し、新たなシミュレーション手法の基盤を構築した。さらに、基本的な感染症の数理モデルをGPSデータに基づく人口集中の効果を考慮するように改良し、感染者数の増減を予測可能とするモデルを開発した。

【研究の社会的意義】

一人一人の移動を観測できるスマホのGPSデータからマクロな集団的な人の動きを抽出する新しい手法として流域解析を導入し、また、人流を電流とみなす独創的なアナロジーに基づいて都市の交通インフラを反映した電気回路モデルを開発した。物質の電気回路で成立することが知られている揺動散逸関係がこの仮想的な電気回路でも成立していることを見出し、人流を物理学的な視点からモデル化することの有効性を実証した。
また、基本的な感染症の数理モデルを拡張し、ＧＰＳデータを有効に使った感染症の新しいモデルを開発した。このモデルにより、いつ、どこで感染症のリスクが高くなるかを定量評価できるようになった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】16H02424 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

構造・材料 / 複合材料 / 雷撃 / 導電性高分子 / ポリアニリン / カーボンナノチューブ / シミュレーション / 航空宇宙工学 / 数値シミュレーション / 航空機 / 損傷 / 電気伝導度 / 損傷解析 / 機械材料・材料力学 / 高分子

【研究成果の概要】

航空機の複合材構造において、雷撃時の構造安全性を担保することは必須である。そこで本研究では、力学特性、耐熱性、成形性等を維持しつつ、導電性を制御可能な航空機構造用CFRPの創出と雷撃損傷挙動の解明を目的とした。その結果、ポリアニリン（PANI）系導電性樹脂および配向カーボンナノチューブ（CNT）を適用することでCFRPの導電性制御を実現できることを実証した。また、導電性を制御したCFRPに対して模擬雷撃試験による電撃損傷挙動の実験的評価を行うとともに、電気伝導・熱伝導・力学挙動を連成した数値解析を実施することによって、CFRPの導電性と電撃損傷との関係を実験的・解析的に解明した。

【研究の社会的意義】

近年、CFRPは比強度・比剛性に優れた構造材料として航空宇宙分野、輸送機器、一般産業分野への適用が拡大している。本研究では、ポリアニリン系導電性樹脂や配向カーボンナノチューブの適用という新しい観点からの技術によりCFRPに対して「導電性制御」という機能の付与を実現したもので学術的な意義は高い。また、耐雷性向上や電磁シールド性・損傷センシング機能の付与など、CFRPの多機能化への応用が可能となったことから社会的な意義も大きい。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】26610167 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

サンゴ / 炭素同位体比 / vital effect / モデリング / 数値シミュレーション / サンゴ骨格 / 炭素安定同位体比 / モデル / 同位体 / シミュレーション

【研究成果の概要】

サンゴ骨格に記録される炭素安定同位体比のvital effectを解明するために、Nakamura et al.（2013）によって開発済みのサンゴポリプモデルに組み込む炭素同位体の拡張モジュールの開発を行った。このモデルを用いた数値実験により、サンゴ骨格の炭素安定同位体比のvital effectは呼吸由来の無機炭素が石灰化に使用されることで引き起こされることが分かった。また、このモデルによってサンゴ年輪に記録される炭素同位体比の年周変動も再現された。この年周変動は、サンゴ組織の炭素同位体比の変動と連動しており、この変化は主に日射量の年周変動に起因する光合成速度の年周変動に起因する。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】固体地球惑星物理学

【研究領域課題番号】26400444 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地震 / 深発地震 / 異常震域 / MOW / 地震波伝播シミュレーション / 太平洋プレート / 差分法 / シミュレーション / 地震波 / 地震波伝播 / スラブ内地震 / 数値シミュレーション / 強震動 / プレート内地震 / コンピュータシミュレーション

【研究成果の概要】

日本海下で起きる深発地震の広帯域地震波形を調査し、深さ400 km以深の地震においてS波初動部の波形が変化し、低周波数の先駆波が見られることを明らかにした。これをスラブ内部に相転移遅れにより生じた薄い、くさび形状の低速度層（MOW）によるものと考え、2010年２月12日に発生したウラジオストックの深発地震（578 km, Mw6.8）の地震波形を差分法に基づき計算し、MOWの存在を確認するとともに、その物性（低速度異常）を明確化した。スラブ深部のMOWは、周波数2-４Hzの地震波をスラブ上部に向け強く放射することで、MOWが無い場合の３倍の導波効果を生み出していることを確認した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】航空宇宙工学

【研究領域課題番号】21246125 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

乱流微粒化 / 噴霧燃焼 / 数値シミュレーション / サブグリッドモデル / 微小重力実験 / 微粒化理論 / モデリング / 自己不安定化機構 / 液体ロケット / 二流体同軸ジェット / 直接数値シミュレーション / サブグリッド / 自己不安定化ループ / 2流体同軸ジェット / シミュレーシ / モデリン

【研究成果の概要】

噴霧燃焼は航空宇宙機エンジンに不可欠な技術である。近年、エンジン開発のために数値シミュレーションの導入が図られてきているが、最も重要な微粒化過程を予測する機能を欠いているために、現行の噴霧燃焼シミュレータの能力は大きく制限されている。本研究では、微小重力実験の観察から生まれた新しい微粒化概念を発展させ、これまで分からなかった高速噴射液の不安定化機構と乱流微粒化過程を支配する物理法則を解明した。それにより、現行の噴霧燃焼シミュレータに組み込み、噴射液の発展に伴って生じる局所的に異なった乱流微粒化による噴霧生成をシミュレートするサブグリッドモデルを構築することに成功した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009-04-01 - 2014-03-31

【配分額】42,640千円 (直接経費: 32,800千円、間接経費: 9,840千円)

【研究分野】資源開発工学

【研究領域課題番号】06452358 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地下水流れ / 地表流 / 多相流れ / 地下水汚染 / 地層処分 / 熱移動 / 数値シミュレーション / 統合型モデル / 難溶性 / 地殻 / 水理解析 / シミュレーション / 長期予測 / 移流拡散 / 三次元流れ

【研究成果の概要】

本研究は、地殻内部の流体・物質移行を評価するための統合化された数値解析技術の開発を主たる目標としたもので、以下の研究成果を得た。
(1)陸水系の包括的なモデル化を目的として、空気・水2成分2相流れの定式化、およびマニング型地表流と地下2相流れの結合を行った。
(2)地下の物質移行問題を包括的に捉えるため、3成分3相系への拡張、および相間の物質移動(溶解、吸着・脱着)、拡散を含めた定式化を提案した。これにより水溶性物質移行から難溶性物質移行に至る広範囲の問題に対処できる。
(3)多相流動と熱の移流拡散を結合し、多孔質体や割れ目中における熱流体流動の新たなモデルを提案した。
(4)上記のモデルを組み込み汎用的3次元数値シミュレータを開発した。実フィールドにおける様々な問題に対処するため、種々の水文・水理現象・人工改変を表現するための入力機能、高速処理の方法を組み入れ、周辺ソフトウエアの作成を行った。
(5)開発したシミュレータを使い、いくつかの数値ケーススタディ、実験を行い、基本的適用性の検討を行った。
広域・長期の水理環境評価を目的として、いくつかのフィールドスケールシミュレーションを行い、ヒストリーマッチングや予測計算を行った。同時に、シミュレータの安定性、解の妥当性、データの操作性、計算速度、周辺プログラムとの親和性、などをチェックし、適用性の確認を行った。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1994 - 1996

【配分額】8,300千円 (直接経費: 8,300千円)

【研究分野】資源開発工学

【研究領域課題番号】01850141 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地下水制御 / 割れ目系岩盤 / グラウト / 粘土グラウト / 固液二相流 / 閉塞過程シミュレ-ション / 地下空間 / 岩盤割れ目 / 岩盤透水性 / 止水材料 / 数値シミュレ-ション / 透水性 / 止水効果 / 数値解析 / シミュレ-ション

【研究成果の概要】

前年度までは、実際の割れ目を含む岩石コアを利用した粘土懸濁液による目詰め実験を行ったが、今年度は、その目詰め過程が可視的に観察できる試験装置を製作し、いくつかのケ-スの実験結果の解析から目詰め過程のメカニズムを考察した。その概要は以下の通りである。
(1)2枚のアクリル盤にメッシュを挟み込み、単一の岩盤割れ目内の流路を模した可視的岩盤割れ目モデルを製作した。この装置の一方から懸濁液を注入し、割れ目充填過程の撮影、流量変化、排出濃度変化、排出粒度分布、閉塞粒度分布を測定した。ケ-ス設定としては、自然界の割れ目系の存在状態(走行傾斜、開口幅)を考慮し、粘土粒径分布と装置傾斜を変えることで目詰め状態の変化を計測し、以下の結果を得た。
・懸濁液中の粘土粒径が小さい場合には、装置内の目詰めは非常に緩慢となる。これは、粗い成分による一次的なフルイ効果が大きな要素であることを示している。
・装置の傾斜は閉塞過程の後期で大きな影響を持つ。これは、水平と高傾斜の場合とでは、重力方向の沈降効果に明かな差異があることを示しており、水平の場合の方が閉塞の進行が早い。
(2)既に、フルイ効果と濃集効果を組み込んだ数値シミュレ-タを作成しているが、さらに上記の結果を考慮し、重力による沈降効果を反映するようにプログラムの改修作業を行っている。まだ十分な結果は得られていないが、固液2相流の方向別の疑似関数の考慮により可能であろうと考えている。
(3)フィ-ルドにおける粘土グラウト施工時のデ-タに関しては、実際の地下空洞地域のグラウト計画の中で入手し、利用可能なものについて解析を行う予定である。

【研究種目】試験研究

【研究期間】1989 - 1991

【配分額】7,200千円 (直接経費: 7,200千円)