akon2.00βのよっぱらいの戯言

色しょく是食、食しょく是色

23の先端事例がつなぐ計算科学のフロンティア

 

 

 

「図1の本書に収められた物と事」というのが興味深い。
https://tatsu-zine.com/books/cs-frontier/samplepage
※事づくりは規模で、物づくりはサイズらしい。
※規模をスケールとして、サイズとしてもよくわからない。

・AI・インフォマティクス
・フェーズフィールド法
・第一原理計算
量子化学
・色素・触媒設計
・Bayes統計
・多細胞
・上皮・臓器・腎臓・骨解析
・電池
・古典MD
・タンパク解析
・ポリマー高分子
・化学反応系の設計
圏論
・媒造体
・自動車部品
・CAE→5D設計
・XFEM

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第1章 顕微鏡の世界から自動車部品の加工性を予測する
輸送機器から排出されるCO2削減に向けて軽量化が求められている。

このためアルミニウム合金板やマグネシウム合金板といった鉄鋼板より密度の高い、強度の高い高張力鋼板が求められる。

金属板は、プレス成形によって加工されるが、素材によって変形特性が大きく異なるため、FEM(有限要素法)解析によってプレス成形性を予測する。

 

第3章 XFEMで構造物の損傷をシミュレーションする

仮想実験(バーチャルテスティング)

→強度実験などをコンピュータシミュレーションに置き換えること

仮想実験では、FEMを用いて応圧、ひずみ、変異分布を計算するだけでは不十分で、材料の破壊、破損まで精度よく予測し再現する解析手法としてXFEMが注目されている。

 

第4章 ものづくりでCAEを活用する―CAEの現状と5D設計への展望―

先端力学シミュレーション研究所
https://www.astom.co.jp/software/

P-form
プレス成形シミュレーションソフトウェア
ASU/P-form
プレス成形時に発生する技術課題を事前に予測・解決し、試作コスト削減・開発期間短縮を実現します。
WELD
溶接ひずみシミュレーションソフトウェア
ASU/WELD
アーク溶接工程の熱変形を予測し、溶接工程の最適化を行いリードタイムを短縮を実現します。
MOLD
樹脂射出成形シミュレーションソフトウェア
ASU/MOLD
樹脂射出成形時のトラブルを事前に予測し、金型設計の低コスト化と成形の効率化を実現します。
ASU/V-struct
伝熱・構造連成解析ソフトウエア
ASU/V-Struct
汎用CAEで困難な3つの非線形現象(材料/幾何/接触)を含む問題も安定して計算できます。
Pre-FOAM
熱流体シミュレーション支援ツール
ASU/Pre-FOAM
シームレスで生産性の高いWindows GUIでOpenFOAMの能力を最大限に発揮するソフトウェアです。
PM-Lifetime
パワーモジュール寿命予測システム
ASU/PM-Lifetime
疲労試験データとシミュレーションの統計データを利用して、パワーモジュールの寿命設計・評価を瞬時に行えます。
ASU/FrontISTR
大規模並列計算向け構造解析ソフトウェア
ASU/FrontCOMP
複合容器の有限要素モデリングソフトウェア

 

第7章 第一原理フェーズフィールド法で材料組織を予測する

従来、合金の微細構造組織をシミュレーションするためには、フェーズフィールド法を利用していた。フェーズフィールド法では、パラメータを経験則で設定していた。これを補うために、第一原理計算を利用した第一原理フェーズフィールド法を用いる。


第8章 電気化学反応をシミュレーションから理解する

電気化学界面シミュレーションコンソーシアム
https://eisconsortium.org/

 

電気化学界面シミュレーション

DEF計算プログラムではできない以下の機能が利用できる。

①遮蔽媒質(ESM)法
ポアソン方程式に対して、任意の1座標軸の境界条件を任意に設定できる。
②系のフェルミエネルギーを制御し、電子数を自動で増減できる。
③古典溶液理論(RISM)とのハイブリッド計算ができる

 

第9章 計算科学を駆使して次世代の太陽電池材料を発見する

有機薄膜太陽電池(OPV)
元素や立体構造の設計の自由度が高い
自動分子計算
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jpcc.7b08446
ライブラリ→合成RDKit→電子状態計算→ポリマーのインプット生成→電子状態計算PBC計算

 


第10章 情報科学と電子状態計算の組合せで蓄電池用固体電解質の物性を評価する

遺伝的アルゴリズムGAによる結晶構造内のリチウムイオン配列の最適化

過剰リチウムに伴う固体電解質の還元分解反応式の予測



第23章 圏論の応用を実践的に探求する―機能システムの新たな基盤に向けて―
おわりに―理研のものづくり研究と計算科学―

 

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https://tatsu-zine.com/books/cs-frontier

 

目次
はじめに―産業界の難課題が求めている解決パラダイム
目次
執筆者紹介
第1部 連続体計算科学のフロンティア
第1章 顕微鏡の世界から自動車部品の加工性を予測する
第2章 ボクセルベースで流体構造の連成シミュレーションを行う
第3章 XFEMで構造物の損傷をシミュレーションする
第4章 ものづくりでCAEを活用する―CAEの現状と5D設計への展望―
第5章 計算機で骨の形態をリモデリングする
第6章 多細胞力学シミュレーションで上皮形態形成を捉える
第2部 量子計算科学のフロンティア
第7章 第一原理フェーズフィールド法で材料組織を予測する
第8章 電気化学反応をシミュレーションから理解する
第9章 計算科学を駆使して次世代の太陽電池材料を発見する
第10章 情報科学と電子状態計算の組合せで蓄電池用固体電解質の物性を評価する
第11章 非熱的レーザー加工の素過程を数値シミュレーションで理解する
第12章 反応経路自動探索法で化学反応経路の全貌を予測する
第13章 実験結果ありきではないタンパク質分子の理論研究をめざして
第14章 計算科学で光合成の酸素発生中心と光電荷分離を理解する
第3部 データサイエンスのフロンティア
第15章 データサイエンス時代の科学技術データをどう可視化するか?
第16章 高分子計算屋が考えるインフォマティクスとの付き合い方
第17章 材料産業分野における計算およびデータ科学技術への期待
第18章 腎臓病患者のビッグデータを構築し高リスク患者の治療にAI・ICTを活用する
第19章 健診データとレセプトであなたの未病度を計る
第4部 計測技術のフロンティア
第20章 非破壊観察システムをインフラ・ものづくり現場で利用する―理研小型中性子源RANS―
第21章 光干渉断層計(OCT)を用いた眼底血流計測から分かること
第5部 圏論とその展開
第22章 非自明な現象をいかにして捉え制御するか?―計算科学基盤としての圏論の基礎と応用―
第23章 圏論の応用を実践的に探求する―機能システムの新たな基盤に向けて―
おわりに―理研のものづくり研究と計算科学―
索引
監修者略歴