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みずほ情報総研技報 Vol.8 No.1

目次

巻頭言

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巻頭言
サイエンスソリューション部長 滝本正人
(PDF/141KB)

特集:多様化するニーズに貢献するシミュレーション技術

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当社のシミュレーション技術への取り組み
編集委員長 米田雅一
(PDF/491KB)
01. 形状最適化シミュレーションの紹介
加藤大輔 (概要
(PDF/1,591KB)
02. 電池開発現場での活用を目指した二次電池シミュレーション技術開発(1)
茂木春樹,高山務,米田雅一 (概要
(PDF/1,482KB)
03. 固体高分子形燃料電池シミュレータP-Stack 4.0:フルスタック性能解析を実現する専用ソフトウェアの紹介
高山務,吉村英人,塚本貴志,茂木春樹,高山糧,米田雅一 (概要
(PDF/1,878KB)
04. 特性曲線法による液充填解析の配管設計への適応
吉村英人,高椋恵,眞鍋尚 (概要
(PDF/561KB)
05. アイコナル方程式に基づく断層破壊の非一様性を考慮した理論地震動シミュレーション
今井隆太,山田雅行,羽田浩二,藤原広行 (概要
(PDF/649KB)
06. BCMを用いた津波解析シミュレータ
荒木和博,筧雅行,秋山実 (概要
(PDF/1,078KB)
07. 生体親和材料とその表面を特異的に認識するペプチドの相互作用解析
加藤幸一郎,福澤薫,望月祐志 (概要
(PDF/630KB)
08. 材料物性解析システム
谷村直樹,加藤幸一郎,渡辺尚貴 (概要
(PDF/469KB)
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概要

01. 形状最適化シミュレーションの紹介
形状最適化シミュレーションの1つである「トポロジー最適化」に焦点をあて、その機能や特徴を事例も含めて紹介する。トポロジー最適化は形状変更の自由度が大きく、事前に予測ができない革新的な形状が得られるケースもある。また、3Dプリンタを活用したものづくりとの親和性が高い。「形状のアイディアをソフトウェアが提供する」という、新しいシミュレーションの活用策が広がりつつある。

02. 電池開発現場での活用を目指した二次電池シミュレーション技術開発(1)
本稿では、主に連続体近似の範囲における電池シミュレーション技術について、リチウムイオン二次電池を例にモデルの現状について事例を交えて解説し、それらを活用する際のイメージと課題について述べる。電池開発にシミュレーションを活用するためには実験との連携が不可欠であり、これが同時にシミュレーション活用時の課題となっている。これらの課題を解決し、電池シミュレーション技術を電池開発現場で活用することを目指した当社の取り組みの概要も紹介する。

03. 固体高分子形燃料電池シミュレータP-Stack 4.0:フルスタック性能解析を実現する専用ソフトウェアの紹介
固体高分子形燃料電池は高効率かつクリーンなエネルギー技術であり、燃料電池自動車など様々な局面での実用化が期待され、注目が集まっている。2014年度から燃料電池自動車(FCV)の一般販売が開始されるなど普及に向けた段階へと進みつつあり、今後は、高性能化と耐久性の向上、製造コスト低減の両立に向けてより一層の開発が加速するとみられる。当社では燃料電池の開発・設計へのシミュレーション活用として固体高分子形燃料電池シミュレータP-Stackの開発および販売を軸としたコンサルティングサービスを展開してきた。特に、今回リリースするバージョンは燃料電池スタック全体の性能と内部現象の解析実現を達成しており、GUIの改良や自動メッシュ生成など専用ソフトウェアとしての利便性も大幅に向上した。本稿では、P-Stackの最新バージョンに関する特徴を紹介する。

04. 特性曲線法による液充填解析の配管設計への適応
空の配管内に液体を充填していく場面は様々な配管システムで見受けられる。このような配管システムの設計では、液体の到達時刻や充填時に管内で発生する水撃の検討を行うことが求められる。しかしながら、複雑な配管システムに対して充填時の流れを系統的に検討する解析方法はまだ十分には確立されていない。本報では、特性曲線法に基づく液充填解析を実際の配管設計に適応し、到達時刻および圧力の設計要件を満たす条件の検討を系統的に行った。テストを行った結果、設計要件を満たし数値解析による予測とも概ね一致する結果が得られた。また、本解析方法が実際の配管設計に適応可能であることを示した。

05. アイコナル方程式に基づく断層破壊の非一様性を考慮した理論地震動シミュレーション
断層の極近傍における地震動予測のばらつきを評価することを目的として、全無限一様弾性体のグリーン関数公式を用いた理論地震動シミュレーションを実施してきた中で、数値計算手法に関する自明でない結果や新規のモデリングによる結果が得られたことを報告する。

06. BCMを用いた津波解析シミュレータ
2011年3月の東北地方太平洋沖地震以来、巨大な地震による津波被害想定の必要性が増している。本報では、従来行われてきたネスティングによる津波シミュレーション手法に比べて、全国規模での津波浸水評価を短期間で実施する手法としてBuilding Cube Methodを用いた津波シミュレーション手法を紹介する。

07. 生体親和材料とその表面を特異的に認識するペプチドの相互作用解析
ハイドロキシアパタイト(以下、アパタイトと呼ぶ)は骨・歯・細胞に対する高い親和性などからインプラントを中心とした生体材料として盛んな研究が行われており、アパタイトの結晶成長を理解・制御することは、より優れたインプラント材料の設計等に有用である。我々は、“フラグメント分子軌道(Fragment molecular orbital、FMO)法”をアパタイト系にも適用すべく研究を進め、人造ペプチドとの詳細な相互作用解析に成功した。ここで用いたFMO法は、タンパク質と化合物といった創薬分野での事例に加え、シリカ結晶表面に吸着したペプチドに対する大規模な量子化学計算事例も報告されている手法である。本稿では、バイオ分子相互作用シミュレータMIZUHO/BioStationを用いた、アパタイト-ペプチド複合系の大規模量子化学計算について紹介する。

08. 材料物性解析システム
第一原理電子状態計算ソフトウェアの現状、企業の導入・利用の障壁について述べ、解決の手段として材料物性解析システムについて紹介する。このシステムは、物質材料の検討を行うユーザーが、研究コミュニティによって開発されてきた物質材料科学にかかわる高度な計算プログラムを簡便に使用することを可能にし、信頼性の高い解析結果を得るための手段を提供することを目的としている。

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