原子力施設のための大規模地震動推定システムの開発

核设施大规模地震运动估计系统开发

基本信息

批准号：
20560772
负责人：
福井卓雄
金额：
$ 2.91万
依托单位：
University of Fukui
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、大地震が発生したときの原子力施設周辺における地震動、すなわち、原子力施設に対する地震外力を適切に推定することにある。具体的には、大地震のシミュレーション手法の開発、およびそれを使った未知断層推定のための逆解析手法の構築を目的としている。平成20年度は、地震波の力学モデルである弾性体および粘弾性体中における波動の解析手法の開発を行ってきた。基本方針としては、地盤のような無限領域を扱うのに有利な時間領域境界要素法を用いることとし、さらに、粘弾性波動も弾性波動と同等に解析することのできる演算子積分法を適用した、演算子積分時間領域境界要素法の開発を行ってきた。また、大規模な問題を効率的に解析するための手法として、高速多重極法を適用した高速多重極境界要素法の開発を行った。主として、2次元波動伝播問題を対象とした解析手法の開発を行い、その成果を公表してきた。平成21年度は、上の成果を3次元問題に拡張するとともに、研究開発の過程で現れた種々の問題点の解決を目的とした研究を進めてきた。(1)2次元問題において開発してきた解析手法の3次元問題への拡張適用:a)スカラー波動問題(物理的な問題としては音響問題)については成果が上がっており、その一部はすでに公表されている。b)弾性(粘弾性)波動問題についても研究は進んでおり、解析の高速化のための手法開発の段階にある。解析手法の定式化に関する部分については一部公表している。(2)演算子積分境界要素法の開発にかかわる課題:演算子積分境界要素法は、対象とする問題のLaplace変換における基本解を用いてVolterra型積分方程式を時間領域で近似して解析する方法である。時間領域での計算を進めるためには、Laplace変換パラメータを複素平面上で動かして経路積分をする必要がある。積分経路は実軸が正となる領域になければならず、そうでない場合には数値解が不安定になる。積分経路は近似パラメータに依存する。弾性問題のように、連立積分方程式を扱い、行列型の基本解を用いる場合に、適切な積分経路選択のためのパラメータの条件はあまり明らかではない。そこで、同じように演算子積分境界要素法を適用でき、しかも、連立の次元がはるかに高い群中性子拡散問題の研究を並行して行い、近似パラメータの決定法について研究を進めた。(3) 実地震への適用法の検討:解析的方法による地震のシミュレーションには、地盤構造の単純化、震源断層の単純化などがどうしても必要であり、これらのモデル化による不確定要素を含んでしまう。そこで、解析的方法の適用性を検討するために、疑似経験的Green関数法にここで開発している手法を応用した。震源断層のモデルを導入し、スカラー波動の解析結果を適用したところ、SH波成分に関しては比較的良好な結果を得ている。(4) 高速多重極法のさらなる高速化と並列化:3次元問題における高速多重極法は、きわめて複雑な計算を必要とし、その計算負荷は大きい。解析には当然並列化が必要であるが、並列化に適合した、計算が単純となる高速多重極法の導入を検討した。

这项研究的目的是正确估计发生主要地震时核设施周围的地震运动，即核设施上的外震力。具体而言，目的是为主要地震开发一种模拟方法，并构建一种使用它估算未知故障的反向分析方法。在2008年，我们开发了分析弹性和粘弹性体中波的方法，这些方法是地震波的动态模型。作为基本策略，我们使用了时域边界元素方法，这对于与地面等无限区域打交道是有利的，还开发了运算符积分时域边界元素方法，该方法应用了允许粘弹性波的运算符积分方法，该方法可以在与弹性波相同的水平上分析粘弹性波。此外，作为有效分析大规模问题的一种方法，我们开发了使用高速多极方法的高速多极边界元素方法。我们主要开发了针对二维波传播问题的分析方法，并发布了结果。在2009年，我们将上述结果扩展到三维问题，并一直进行研究，目的是解决研究和开发过程中出现的各种问题。（1）在2D问题中开发的分析方法的扩展应用到3D问题：a）已经达到了标量振动问题（声音问题作为物理问题），其中一些已经发布。 b）关于弹性（粘弹性）波问题的研究也正在发展，目前正在开发一种加快分析的方法。与制定分析方法相关的一些部分已经发布。（2）开发运算符积分边界元素方法的问题：运算符积分边界元素方法是一种使用目标问题的Laplace转换中的基本解决方案在时域中分析时域中的Volterra-type积分方程的方法。要在时域中进行计算，有必要在复杂平面上移动拉普拉斯变换参数以执行路径积分。积分路径必须位于真实轴为正的区域，否则数值解会变得不稳定。积分路径取决于近似参数。在处理同时积分方程并使用矩阵类型基本解决方案（例如弹性问题）时，适当的积分路径选择的参数尚不清楚。因此，我们对组中子扩散问题进行了平行研究，该问题可以以相同的方式应用，并且具有更高的同时结构维度，并研究了如何确定近似参数。（3）检查用于实际地震的方法：使用分析方法的地震模拟不可避免地要简化地面结构和地震断层，这包括由于这些建模而导致的不确定性。因此，为了检查分析方法的适用性，此处开发的方法应用于伪绿色的函数方法。当引入了震中断层的模型并应用标量波的分析结果时，就SH波成分获得了相对较好的结果的结果。（4）高速多极方法的进一步速度和并行化：三维问题中的高速多极方法需要非常复杂的计算，并且计算负担很大。当然，平行化是分析所需的，但是我们已经检查了与并行化兼容并允许简单计算的高速多极方法的引入。