Development of Advanced Numerical Techniques for Electromagnetic Field Computations for Design of Engineering Application Using High-Temperature Superconductor

开发用于高温超导体工程应用设计的电磁场计算先进数值技术

• 批准号: 21K04016
• 负责人: 神谷 淳
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04016/
• 关键词: 高温超伝導体; 遮蔽電流密度; 有限要素法; 高速多重極法; H-行列法; Krylov空間法; 前処理技術; 高性能計算

電流ベクトル・ポテンシャル法で定式化された遮蔽電流密度方程式の初期値・境界値問題を時間に関して離散化すると，各時間ステップにおいて非線形境界値問題が得られる．しかしながら，高温超伝導薄膜がクラックを含む場合，非線形境界値問題にNewton法を適用すると，膨大な計算時間を浪費する．これは，Newton法の各反復で解くべき非対称鞍点問題に起因している．よく知られているように，鞍点問題は数値的に解くのが困難である．同問題を解く目的で零空間法や変数低減法（Variable Reduction Method, VRM）が開発されたが，両法は計算コストの高いQR分解を必要とする．この問題を解決する目的で，筆者等はQR分解を用いないで，対称鞍点問題のソルバーとして改良型変数低減法(improved VariableReduction Method, iVRM) [1] を定式化した．さらに，iVRM の性能を数値的に調べた結果，収束特性と計算コストの両面からiVRM はICCG 法よりも優れていることが判明した．本来，iVRM は対称鞍点問題のソルバーとして開発されたものであるから，そのままでは遮蔽電流密度解析に現れる非対称鞍点問題には適用できない．本年度は，非対称鞍点問題に適用できるようにiVRM の基本概念を拡張することによって，非対称鞍点問題の高性能ソルバーAiVRMとAiVRM2を開発することを成功した．[1]A. Kamitani et al.: “Linear-System Solver for EFG-Type Saddle-Point Problem without Using QR Decomposition,” Plasma Fusion Res., Vol. 17 (2022) Art. No. 2403014.

Current density equation is formulated to mask the initial value and boundary value of the current density equation. The Newton method is applicable to non-linear boundary problems, and the calculation time is wasted. Newton's method is a method of solving the problem of symmetric saddle points. The problem of saddle points is difficult to solve. For solving the same problem, the zero-space method and variable Reduction method (VRM) are necessary to solve the problem. To solve this problem, the author formulates the QR decomposition method and the improved Variable Reduction Method (iVRM) [1] for the saddle point problem. In addition, iVRM's performance was adjusted to a number of different levels. Originally, iVRM was applied to the problem of symmetric saddle point, which was solved by masking current density analysis. This year, AiVRM and AiVRM2 have been successfully developed for the application of the basic concept of iVRM to asymmetric saddle point problems. [1]A. Kamitani et al.:“Linear-System Solver for EFG-Type Saddle-Point Problem without Using QR Decomposition,” Plasma Fusion Res., Vol. 17 (2022) Art. No. 2403014.

项目成果

超伝導リニア加速システムの FEM シミュレーション:電磁石電流がペレット速度に及ぼす影響

超导线性加速系统的有限元模拟：电磁铁电流对颗粒速度的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuki Fujita;Masaru Hasegawa;小川 公平，桐生 昭吾;高山彰優
• 通讯作者: 高山彰優

Numerical Approach to Enhanced-Performance of Superconducting Linear Accelerator Using Multiple-Electromagnets

利用多电磁体增强超导直线加速器性能的数值方法

• DOI: 10.15748/jasse.10.21
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Advanced Simulation in Science and Engineering
• 影响因子: 0.5
• 作者: Takayama Teruou;Saitoh Ayumu;Kamitani Atsushi
• 通讯作者: Kamitani Atsushi

Improved Variable-Reduction Method for Asymmetric Saddle-Point Problem

非对称鞍点问题的改进变量约简方法

• 发表时间: 2022
• 作者: Aoi Noda;Yota Matui;Weisen Luo;and Xiuqin Wei;Atsushi Kamitani
• 通讯作者: Atsushi Kamitani

Multi-Objective Optimization of Superconducting Linear Acceleration System for Pellet Injection by Using Finite Element Method

颗粒注射超导线性加速系统有限元多目标优化

• DOI: 10.1585/pfr.16.2401025
• 发表时间: 2021
• 期刊: Plasma and Fusion Research
• 影响因子: 0.8
• 作者: TAKAYAMA Teruou;YAMAGUCHI Takazumi;SAITOH Ayumu;KAMITANI Atsushi;NAKAMURA Hiroaki
• 通讯作者: NAKAMURA Hiroaki

Numerical Simulation of Superconducting Linear Accelerator: Enhanced-Performance of Pellet Injection

超导直线加速器数值模拟：增强颗粒注射性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 清水 捷冶,石川 裕真;長谷川 勝;Teruou Takayama
• 通讯作者: Teruou Takayama