High-definition Virtualization of sediment disaster by highly accurate and efficient numerical simulation

■ 項目A：水・空気混じり土の材料挙動の表現と検証計算：　水・空気混じり土（不飽和土）の非弾性変形と土砂・空気混じり水（高密度・高粘性流体）の流動現象を表現可能な構成則を組み合わせた材料モデルを構築した。具体的には、静水圧依存型の一般的な土の弾塑性構成則と密度に依存して粘性が変化する非線形Newton則を組み合わせた構成則を提案し、項目Bの陰解法MPMに実装した。■ 項目B：不飽和土の陰解法MPM（IMPM）の開発：　地盤構造物の大変形・崩壊／流動・堆積といったマルチステージ現象を追跡可能な陰解法MPMに基づく高精度・高効率シミュレーション手法の開発に取り組んだ。水・土2相混合体（飽和土）に対して水と土で同一の粒子を割り当てるシングルレイヤー法を採用してMPM陰解法MPMのプロトタイプを構築し、ベンチマーク計算を通して適用性を検証した。■ 項目C：ミニチュアスケールでのモデル実験による精度検証：　ミニチュア水槽内に模擬河川堤防を作製して行われたパイピングによる浸透崩壊の実験について、項目A・Bで構築した材料モデルと陰解法MPMによる数値シミュレーションを行い、その破壊形態について検証を行った。■ 項目D：高精細バーチャリゼーション：　大規模数値シミュレーションによるバーチャリゼーションに先立って、上記の項目Aの材料モデルを実装し、項目Bで開発予定のプロトタイプの並列化とチューニングを行った。元となるコードは、既に領域分割に基づくMPI並列が可能なものであり、水・土 2 相混合体（飽和土）からなる地盤構造物の崩壊解析の実績があったため、当該年度は、まずその元プログラムにハイブリッドMPI/OpenMP並列技術、および領域分割を粒子の動きに応じて変化させる動的負荷分散手法を導入するとともに、その並列化効率の最大化・最適化に注力し、計算速度の向上を図った。

■ 項目A：水・空気混じり土の材料挙動の表現と検証計算：　水・空気混じり土（不飽和土）の非弾性変形と土砂・空気混じり水（高密度・高粘性流体）の流動現象を表現可能な構成則を組み合わせた材料モデルを構築した。具体的には、静水圧依存型の一般的な土の弾塑性構成則と密度に依存して粘性が変化する非線形Newton則を組み合わせた構成則を提案し、項目Bの陰解法MPMに実装した。■ 項目B：不飽和土の陰解法MPM（IMPM）の開発：　地盤構造物の大変形・崩壊／流動・堆積といったマルチステージ現象を追跡可能な陰解法MPMに基づく高精度・高効率シミュレーション手法の開発に取り組んだ。水・土2相混合体（飽和土）に対して水と土で同一の粒子を割り当てるシングルレイヤー法を採用してMPM陰解法MPMのプロトタイプを構築し、ベンチマーク計算を通して適用性を検証した。■ 項目C：ミニチュアスケールでのモデル実験による精度検証：　ミニチュア水槽内に模擬河川堤防を作製して行われたパイピングによる浸透崩壊の実験について、項目A・Bで構築した材料モデルと陰解法MPMによる数値シミュレーションを行い、その破壊形態について検証を行った。■ 項目D：高精細バーチャリゼーション：　大規模数値シミュレーションによるバーチャリゼーションに先立って、上記の項目Aの材料モデルを実装し、項目Bで開発予定のプロトタイプの並列化とチューニングを行った。元となるコードは、既に領域分割に基づくMPI並列が可能なものであり、水・土 2 相混合体（飽和土）からなる地盤構造物の崩壊解析の実績があったため、当該年度は、まずその元プログラムにハイブリッドMPI/OpenMP並列技術、および領域分割を粒子の動きに応じて変化させる動的負荷分散手法を導入するとともに、その並列化効率の最大化・最適化に注力し、計算速度の向上を図った。