凝固組織微細化のための大規模マルチフィジックスphase-field計算法の確立

精细凝固组织大规模多物理相场计算方法的建立

基本信息

  • 批准号:
    18J15230
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.34万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2018-04-25 至 2020-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

凝固組織の微細化は高性能材料開発において重要な課題である.本研究では,添加剤によらない組織微細化の鍵になると注目されているデンドライト(樹枝状結晶)のフラグメンテーション(破断)発生メカニズムを数値計算によって解明することを目的とする.そこで,自発的なフラグメンテーションを再現可能なphase-field(PF)法に基づく凝固モデルを構築する.また,計算コストの高いPF凝固モデルを大規模に計算可能な高性能計算手法を確立する.本年度は,破断後のデンドライトの成長挙動を評価するために必要な,多数のデンドライトの成長,運動,衝突,結合,粒成長を同時に評価可能なPF格子ボルツマン凝固シミュレーションの高効率計算手法開発を行い,350個のデンドライト粒からなる等軸晶形成過程の再現計算に成功した.ここで,多数のデンドライト粒を効率的に取り扱うために,数値格子の各点上に存在する粒のPF変数の値のみを保存するactive parameter tracking (APT)法の実装を行った.このAPT法の導入により,単一GPUを用いた50個の粒を取り扱った計算において,約2.5倍計算時間が短縮されることを示した.さらに,複数GPU並列計算を実装し,64 GPUを用いた並列計算において1 GPUの場合の計算よりも30.8倍計算性能が向上することを確認した.次に,液相流動および固体の運動を伴うデンドライト成長計算を効率化するため,解適合格子法を実装した複数GPU並列計算手法を構築した.さらに,構築手法を用いて単一デンドライト沈降計算を実施し,16 GPUを用いた並列計算において均一格子を用いた場合よりも約15倍計算が高速化することを示した.フラグメンテーションを再現可能な計算手法の構築に関して,2次元問題については完了しており,今後,本課題で開発した手法を3次元問題へと拡張することで,自発的なフラグメンテーションの定量的評価が可能になると考えている.
The development of fine-grained <s:1> high-performance materials with solidified microstructure is an important な topic である. This study で は, add に よ ら な い organization ultra-micronization model.the key の に な る と attention さ れ て い る デ ン ド ラ イ ト (dendritic crystal) の フ ラ グ メ ン テ ー シ ョ ン (breaking) born 発 メ カ ニ ズ ム を the numerical computing に よ っ て interpret す る こ と を purpose と す る. そ こ で, since 発 な フ ラ グ メ ン テ ー シ ョ ン を reappearance may な phase - field (PF) method に づ く solidification モ デ ル を build す る. Youdaoplaceholder0, computational コスト <s:1> high <s:1> PF solidification モデ を を large-scale に computing may な high-performance computing methods を establish する. は this year, the final の デ ン ド ラ イ ト の growth dynamic を 挙 review 価 す る た め に な necessary, most の デ ン ド ラ イ ト の growth, movement, conflict, the combination of grain growth を に review 価 may at the same time な PF grid ボ ル ツ マ ン solidification シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の high working rate method open 発 を い, The <s:1> reproduction calculation of the formation process of 350 <s:1> デ ドラ ドラ ト ト ドラ らなる らなる grains was successfully に た た. こ こ で, most の デ ン ド ラ イ ト grain を sharper rate に take り Cha う た め に, the numerical grid に exist various points の す る grain の PF variations on several の numerical の み を save す る active parameter tracking (APT) method is の line be loaded を っ た. こ の APT method の import に よ り, a GPU 単 を with い た 50 の grain を take り Cha っ た computing に お い て, about 2.5 times the computing time が shortening さ れ る こ と を shown し た. さ ら に, plural GPU parallel computing を be し, 64 use GPU を い た parallel computing に お い て 1 GPU の occasions の computing よ り も 30.8 times the computing performance が upward す る こ と を confirm し た. に, liquid flow お よ び を with solid の movement う デ ン ド ラ イ ト growth calculation を sharper rate change す る た め, XieShi qualified method を be loaded し た plural GPU parallel computing technique を build し た. さ ら に, constructing technique を い て 単 a デ ン ド ラ イ ト settlement calculation を be し, 16 GPU を with い た parallel computing に お い て を with uniform grid い た occasions よ り も about 15 times as high speed computing が す る こ と を shown し た. フ ラ グ メ ン テ ー シ ョ ン を reappearance may な method の build に masato し て, 2 dimensional problem に つ い て は finished し て お り, in the future, this subject で open 発 し た を 3 dimensional problem へ と company, zhang す る こ と で, since 発 な フ ラ グ メ ン テ ー シ ョ ン の quantitative evaluation 価 が may に な る と exam え て い る.

项目成果

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专利数量(0)
Two-dimensional large-scale phase-field lattice Boltzmann simulation of polycrystalline equiaxed solidification with motion of a massive number of dendrites
  • DOI:
    10.1016/j.commatsci.2020.109639
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    S. Sakane;T. Takaki;M. Ohno;Y. Shibuta;T. Aoki
  • 通讯作者:
    S. Sakane;T. Takaki;M. Ohno;Y. Shibuta;T. Aoki
Multi-GPUs parallelization for AMR-phase-field simulation of dendrite growth
用于枝晶生长 AMR 相场模拟的多 GPU 并行化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Sakane;T. Takaki;M. Ohno;Y. Shibuta;T. Aoki
  • 通讯作者:
    T. Aoki
柱状デンドライト垂直方向流れの透過率予測
柱状枝晶垂直流渗透率预测
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    光山 容正;坂根 慎治;高木 知弘
  • 通讯作者:
    高木 知弘
熱溶質対流を伴う二元合金凝固phase-fieldシミュレーションの複数GPU並列化
热溶质对流二元合金凝固相场模拟的多 GPU 并行化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    坂根慎治;高木知弘;大野宗一;澁田靖;青木尊之
  • 通讯作者:
    青木尊之
Large-Scale Phase-Field Simulation of 3D Ideal Grain Growth: Testing the Mean-Field Theory and Stereological Analysis
3D 理想晶粒生长的大规模相场模拟:测试平均场理论和体视分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    E. Miyoshi;T. Takaki;M. Ohno;Y. Shibuta;S. Sakane;T. Shimokawabe;T. Aoki
  • 通讯作者:
    T. Aoki
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流線表示による三相誘導電動機モデル鉄心におけるベクトル磁気特性分布の可視化
使用流线显示可视化三相感应电机模型铁芯中的矢量磁特性分布
液相流動を考慮したphase-fieldシミュレーションへの複数レベルメッシュの適用
多层网格在考虑液相流动的相场模拟中的应用
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    坂根 慎治;高木 知弘
  • 通讯作者:
    高木 知弘
非平衡プラズマ中の準安定準位N2(A) のレーザ誘起蛍光法による観測
激光诱导荧光法观察非平衡等离子体中的亚稳态N2(A)
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    坂根 慎治;高木 知弘;大野章
  • 通讯作者:
    大野章
固液共存体の2次元単純せん断変形シミュレーション
固液共存的二维简单剪切变形模拟
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    早瀬 新明;山中 波人;坂根 慎治;高木 知弘
  • 通讯作者:
    高木 知弘
フローフォーカシングデバイスによるマイクロ液滴生成手法の開発
使用流动聚焦装置的微液滴生成方法的开发
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    山村 彩乃;坂根 慎治;高木 知弘;塩崎寛子,藤原裕貴,杵淵郁也,一柳満久,田川義之,高木周
  • 通讯作者:
    塩崎寛子,藤原裕貴,杵淵郁也,一柳満久,田川義之,高木周

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