エネルギーハーヴェスティングのマルチフィジクス・マルチシステム強連成解法

圧電効果により，潮流の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するエネルギーハーヴェスティングでは，圧電，構造，流体の間のみならず，機械と電気のサブシステム間にも強連成が生じる．このようなマルチフィジクス・マルチシステム強連成現象の解析手法は見当たらず，共振などの基本的メカニズムでさえ詳細が明らかにされていない．そこで本研究では，申請者らが提案する階層的分解により，2現象間の強連成に対する有限要素解析や電気回路シミュレーションなどの多様な数値解法を統合したマルチフィジクス・マルチシステム強連成解析手法を開発し，エネルギーハーヴェスティングの高精度かつ効率的な解析を実現する．さらに本手法を用いて，モデルシステムにおける共振特性を解明し，新しいエネルギーハーヴェスティングシステムを探索する．研究実施計画に沿って，以下の研究成果を得た：Ⅲ．新しいエネルギーハーヴェスティングシステムの探索を行うことを目標に，以下の2つを実施して，提案するFPED‐電気回路強連成モデルにおいて，電力を最大化する特性パラメータの最適値を探索した：（a）本解法の分散並列計算…パラメトリックスタディにおける大規模計算のために，解法を分散並列化した．階層的分解で生じた粒度の大きい計算単位をネットワーク上に展開された計算ノードに分散し，個々の計算ノードにおいて，領域分割法による並列計算を行った．（b）本モデルシステムの共振解析…本手法による本モデルの詳細な解析により，FPEDと電気回路が強連成し，機械的共振と電気的共振が相互に影響を及ぼし合う現象を明らかにし，特性パラメータを同定した．さらに，（a）による大規模なパラメトリックスタディを行い，電力を最大化する特性パラメータの最適値を探索した．この結果，研究発表に示す研究成果を得た．

圧電効果により，潮流の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するエネルギーハーヴェスティングでは，圧電，構造，流体の間のみならず，機械と電気のサブシステム間にも強連成が生じる．このようなマルチフィジクス・マルチシステム強連成現象の解析手法は見当たらず，共振などの基本的メカニズムでさえ詳細が明らかにされていない．そこで本研究では，申請者らが提案する階層的分解により，2現象間の強連成に対する有限要素解析や電気回路シミュレーションなどの多様な数値解法を統合したマルチフィジクス・マルチシステム強連成解析手法を開発し，エネルギーハーヴェスティングの高精度かつ効率的な解析を実現する．さらに本手法を用いて，モデルシステムにおける共振特性を解明し，新しいエネルギーハーヴェスティングシステムを探索する．研究実施計画に沿って，以下の研究成果を得た：Ⅲ．新しいエネルギーハーヴェスティングシステムの探索を行うことを目標に，以下の2つを実施して，提案するFPED‐電気回路強連成モデルにおいて，電力を最大化する特性パラメータの最適値を探索した：（a）本解法の分散並列計算…パラメトリックスタディにおける大規模計算のために，解法を分散並列化した．階層的分解で生じた粒度の大きい計算単位をネットワーク上に展開された計算ノードに分散し，個々の計算ノードにおいて，領域分割法による並列計算を行った．（b）本モデルシステムの共振解析…本手法による本モデルの詳細な解析により，FPEDと電気回路が強連成し，機械的共振と電気的共振が相互に影響を及ぼし合う現象を明らかにし，特性パラメータを同定した．さらに，（a）による大規模なパラメトリックスタディを行い，電力を最大化する特性パラメータの最適値を探索した．この結果，研究発表に示す研究成果を得た．