滝沢 研二 (タキザワ ケンジ)

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所属

理工学術院 創造理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.jp.tafsm.org/

プロフィール

最新の情報は
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Publons
https://publons.com/researcher/1331945/kenji-takizawa/

MathSciNet
https://mathscinet.ams.org/mathscinet/search/author.html?mrauthid=686983

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院創造理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    2005年

    東京工業大学   総合理工学研究科   創造エネルギー  

  •  
    -
    2002年

    東京工業大学   総合理工学研究科   創造エネルギー  

  •  
    -
    2001年

    東京工業大学   工学部   機械宇宙工学  

学位 【 表示 / 非表示

  • 2005年03月   東京工業大学   博士(理学)

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    Committee on Fluid-Structure Interaction, Applied Mechanics Division, ASME

  •  
     
     

    Journal of Applied Mechanics, ASME

  •  
     
     

    Committee on Fluid-Structure Interaction, Applied Mechanics Division, ASME

  •  
     
     

    Committee on Fluid-Structure Interaction, Applied Mechanics Division, ASME

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 流体工学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 構造解析

  • 数値流体力学

  • アイソジオメトリック解析

  • 流体構造連成

論文 【 表示 / 非表示

  • Anatomically realistic lumen motion representation in patient-specific space-time isogeometric flow analysis of coronary arteries with time-dependent medical-image data

    Yu, Yuxuan, Zhang, Yongjie Jessica, Takizawa, Kenji, Tezduyar, Tayfun E., Sasaki, Takafumi

    COMPUTATIONAL MECHANICS   65 ( 2 ) 395 - 404  2020年02月  [査読有り]

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    Patient-specific computational flow analysis of coronary arteries with time-dependent medical-image data can provide valuable information to doctors making treatment decisions. Reliable computational analysis requires a good core method, high-fidelity space and time discretizations, and an anatomically realistic representation of the lumen motion. The space-time variational multiscale (ST-VMS) method has a good track record as a core method. The ST framework, in a general context, provides higher-order accuracy. The VMS feature of the ST-VMS addresses the computational challenges associated with the multiscale nature of the unsteady flow in the artery. The moving-mesh feature of the ST framework enables high-resolution flow computation near the moving fluid-solid interfaces. The ST isogeometric analysis is a superior discretization method. With IGA basis functions in space, it enables more accurate representation of the lumen geometry and increased accuracy in the flow solution. With IGA basis functions in time, it enables a smoother representation of the lumen motion and a mesh motion consistent with that. With cubic NURBS in time, we obtain a continuous acceleration from the lumen-motion representation. Here we focus on making the lumen-motion representation anatomically realistic. We present a method to obtain from medical-image data in discrete form an anatomically realistic NURBS representation of the lumen motion, without sudden, unrealistic changes introduced by the higher-order representation. In the discrete projection from the medical-image data to the NURBS representation, we supplement the least-squares terms with two penalty terms, corresponding to the first and second time derivatives of the control-point trajectories. The penalty terms help us avoid the sudden unrealistic changes. The computation we present demonstrates the effectiveness of the method.

    DOI

  • Space–Time Variational Multiscale Isogeometric Analysis of a tsunami-shelter vertical-axis wind turbine

    Yuto Otoguro, Hiroki Mochizuki, Kenji Takizawa, Tayfun E. Tezduyar

    Computational Mechanics    2020年

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    © 2020, The Author(s). We present computational flow analysis of a vertical-axis wind turbine (VAWT) that has been proposed to also serve as a tsunami shelter. In addition to the three-blade rotor, the turbine has four support columns at the periphery. The columns support the turbine rotor and the shelter. Computational challenges encountered in flow analysis of wind turbines in general include accurate representation of the turbine geometry, multiscale unsteady flow, and moving-boundary flow associated with the rotor motion. The tsunami-shelter VAWT, because of its rather high geometric complexity, poses the additional challenge of reaching high accuracy in turbine-geometry representation and flow solution when the geometry is so complex. We address the challenges with a space–time (ST) computational method that integrates three special ST methods around the core, ST Variational Multiscale (ST-VMS) method, and mesh generation and improvement methods. The three special methods are the ST Slip Interface (ST-SI) method, ST Isogeometric Analysis (ST-IGA), and the ST/NURBS Mesh Update Method (STNMUM). The ST-discretization feature of the integrated method provides higher-order accuracy compared to standard discretization methods. The VMS feature addresses the computational challenges associated with the multiscale nature of the unsteady flow. The moving-mesh feature of the ST framework enables high-resolution computation near the blades. The ST-SI enables moving-mesh computation of the spinning rotor. The mesh covering the rotor spins with it, and the SI between the spinning mesh and the rest of the mesh accurately connects the two sides of the solution. The ST-IGA enables more accurate representation of the blade and other turbine geometries and increased accuracy in the flow solution. The STNMUM enables exact representation of the mesh rotation. A general-purpose NURBS mesh generation method makes it easier to deal with the complex turbine geometry. The quality of the mesh generated with this method is improved with a mesh relaxation method based on fiber-reinforced hyperelasticity and optimized zero-stress state. We present computations for the 2D and 3D cases. The computations show the effectiveness of our ST and mesh generation and relaxation methods in flow analysis of the tsunami-shelter VAWT.

    DOI

  • ALE and Space–Time Variational Multiscale Isogeometric Analysis of Wind Turbines and Turbomachinery

    Yuri Bazilevs, Kenji Takizawa, Tayfun E. Tezduyar, Ming Chen Hsu, Yuto Otoguro, Hiroki Mochizuki, Michael C.H. Wu

    Modeling and Simulation in Science, Engineering and Technology     195 - 233  2020年

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    © 2020, Springer Nature Switzerland AG. Many of the challenges encountered in computational analysis of wind turbines and turbomachinery are being addressed by the Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) and Space–Time (ST) Variational Multiscale (VMS) methods and isogeometric discretization. The computational challenges include turbulent rotational flows, complex geometries, moving boundaries and interfaces, such as the rotor motion, and the fluid–structure interaction (FSI), such as the FSI between the wind turbine blade and the air. The core computational methods are the ALE-VMS and ST-VMS methods. These are supplemented with special methods like the Slip Interface (SI) method and ST Isogeometric Analysis with NURBS basis functions in time. We describe the core and special methods and present, as examples of challenging computations performed, computational analysis of horizontal- and vertical-axis wind turbines and flow-driven string dynamics in pumps.

    DOI

  • Element length calculation in B-spline meshes for complex geometries

    Otoguro, Yuto, Takizawa, Kenji, Tezduyar, Tayfun E.

    COMPUTATIONAL MECHANICS    2020年01月  [査読有り]

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    Variational multiscale methods, and their precursors, stabilized methods, have been playing a core-method role in semi-discrete and space-time (ST) flow computations for decades. These methods are sometimes supplemented with discontinuity-capturing (DC) methods. The stabilization and DC parameters embedded in most of these methods play a significant role. Various well-performing stabilization and DC parameters have been introduced in both the semi-discrete and ST contexts. The parameters almost always involve some element length expressions, most of the time in specific directions, such as the direction of the flow or solution gradient. Until recently, stabilization and DC parameters originally intended for finite element discretization were being used also for isogeometric discretization. Recently, element lengths and stabilization and DC parameters targeting isogeometric discretization were introduced for ST and semi-discrete computations, and these expressions are also applicable to finite element discretization. The key stages of deriving the direction-dependent element length expression were mapping the direction vector from the physical (ST or space-only) element to the parent element in the parametric space, accounting for the discretization spacing along each of the parametric coordinates, and mapping what has been obtained back to the physical element. Targeting B-spline meshes for complex geometries, we introduce here new element length expressions, which are outcome of a clear and convincing derivation and more suitable for element-level evaluation. The new expressions are based on a preferred parametric space and a transformation tensor that represents the relationship between the integration and preferred parametric spaces. The test computations we present for advection-dominated cases, including 2D computations with complex meshes, show that the proposed element length expressions result in good solution profiles.

    DOI

  • Isogeometric hyperelastic shell analysis with out-of-plane deformation mapping (vol 63, pg 681, 2019)

    Takizawa, Kenji, Tezduyar, Tayfun E., Sasaki, Takafumi

    COMPUTATIONAL MECHANICS   65 ( 1 ) 267 - 268  2020年01月  [査読有り]

    DOI

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • Computational fluid-structure interaction: Methods and applications

    Y. Bazilevs, K. Takizawa, T.E. Tezduyar

    John Wiley  2013年02月 ISBN: 9780470978771

  • CIP法とJavaによるCGシミュレーション

    矢部 孝, 尾形 陽一, 滝沢 研二

    森北出版  2007年02月 ISBN: 9784627919112

Misc 【 表示 / 非表示

  • 高精度非構造ソロバン格子CIP法

    矢部孝, 滝沢研二, 尾形陽一

    応用数理   18 ( 2 ) 78 - 94  2008年

  • Universal solver CIP for all phases of matter

    T.Yabe, K.Takizawa, F.Xiao A.Ikebata

    Conference on Scientific Computing and Partial Differential Equations,On,the Occasion of Stanley Osher's 60th birthday. December 12-15, 2002 Lam Woo Conference Center, Hong Kong Baptist University, Hong Kong.    2002年

  • Exactly conservative semi-Lagrangian scheme for multi-dimensional hyperbolic equations with directional splitting technique

    T Nakamura, R Tanaka, T Yabe, K Takizawa

    JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS   174 ( 1 ) 171 - 207  2001年11月

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    A new numerical method that guarantees exact mass conservation is proposed to solve multidimensional hyperbolic equations in semi-Lagrangian form. The method is based on the constrained interpolation profile (CIP) scheme and keeps the many good characteristics of the original CIP scheme. The CIP strategy is applied to the integral form of variables. Although the advection and nonadvection terms are separately treated, mass conservation is kept in the form of a spatial profile inside a grid cell. Therefore, it retains various advantages of the semi-Lagrangian solution with exact conservation, which has been beyond the capability of conventional semi-Lagrangian schemes. (C) 2001 Elsevier Science.

    DOI CiNii

受賞 【 表示 / 非表示

  • 日本学術振興会賞

    2018年12月   日本学術振興会  

    受賞者: 滝沢 研二

  • ナイスステップな研究者2017

    2016年12月   科学技術・学術政策研究所  

  • Highly Cited Researcher (Engineering)

    2016年11月   Thomson Reuters  

  • リサーチフロントアワード

    2016年07月   トムソン・ロイター  

  • 文部科学大臣表彰(若手科学者賞)

    2015年04月  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 赤血球の運動に着目した開閉する心臓弁の流体構造連成解析手法の構築

    基盤研究(A)

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2023年03月
     

    滝沢 研二, 今井 陽介

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    心臓弁の開閉に伴い、その内側を流れる赤血球を含む血液は 1) 流速 3 m/s から急激に静止する強い非定常性、2) 弁尖同士に挟まれるという特異性がある。そのため、実験による観測が極めて困難である。さらに、これまでの数値計算ではこのようなものは再現出来ていない。そこで、この弁の開閉や赤血球の挙動およびそれらの相互作用を再現する手法を構築し、この現象を詳しく知ることを目的としている。
    <BR>
    本年度は弁近傍と赤血球に関する2点を中心に研究を進めた。まず、心臓弁に関しては弁の厚みの影響が重要であることを突き止めた。そもそも、非定常性の強い弁近傍の状態において弁の厚みは物理的に無視し難いということ、また実際に、厚みゼロとして計算していた従来の方法は、360度曲がっている状態となるため、その点における壁面せん断応力の表現方法が悪いことが分かった。そこで、厚みを表現するとともに滑らかな弁尖の再現している。これによって、弁尖の裏表の間に生じる壁面せん断応力を適正に表現できている。なお、これらのテスト計算においては、全体像を掴むためにまずは埋め込み境界法を用いた流体構造連成解析を用いた。これにより、流体構造連成問題のような複雑な動きのときにも、計算格子を動かすことが実現できることを確認した。
    赤血球に関しては当初より境界要素法を用いるタイプ・埋め込み境界法・物体適合格子を使うタイプを検討し、それぞれの欠点・利点を検討した。中でも制限の多い境界要素法について、活用するアイディアを検討するとともに文献の調査も行った。また赤血球の膜を表現する新たなモデルを考案した。

  • ものづくりHPCアプリケーションのエクサスケールへの進化

    基盤研究(S)

    研究期間:

    2014年05月
    -
    2019年03月
     

    青木 尊之, 森口 周二, 下川辺 隆史, 高木 知弘, 滝沢 研二

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    ① AMR法を適用した複雑形状物体を含んだ非圧縮性単相流体(乱流LES)シミュレーション:格子ボルツマン法による自転車競技を想定した流れの大規模なLES空力解析を行った。8人の集団走行における縦列配置とひし形配置の隊列位置における各自転車の空力抵抗を評価し、協議戦略に役立つ知見が得られた。また、72人の集団に対して22.3億格子を用いTSUBAME3.0の192個のGPUで計算し、中央部は先頭の5%の空力抵抗しか受けないことが明らかになった。
    ②マルチ・フェーズフィールド(MPF)法による動的領域分割:MPF法による粒成長をAMR格子を用いる並列計算の領域分割に適用した。分割領域が凸形状になるため、空間充填曲線を用いる方法より領域間通信を最大で30%低減することが明らかになった。
    ③AMR法による気液二相流シミュレーション:弱圧縮性流体計算に等温過程を導入することにより、これまでの特性線に基づいた手法よりも計算効率を向上させることができた。スッタッガード格子点配置になるが、Octreeベース細分化によるAMRをGPU実装することができた。
    ④流体-構造連成問題:瓦礫や木材などが自由界面を浮遊する流れに対し、流体計算にはCumulant型格子ボルツマン法を導入し、DEMで記述する浮遊物体との流体-構造連成問題の大規模計算を実行した。神戸大学の60m水槽実験との良好な一致を得た。
    ⑤Phase Field法による凝固と粒成長のシミュレーション:2元合金一方向凝固過程における多結晶競合成長のメカニズムを解明した。大規模Phase Field計算によって得られた柱状デンドライト構造に対し、格子ボルツマン法で液相流動を与えることでデンドライト樹間液相の透過率を高精度に予測した。また、MPF法の大規模計算結果を用いることで3次元粒成長挙動とその2次元断面の挙動の相関関係を示した。

  • 周期的定常流れに対する4次元流れ領域区分の定式化および数値解析法の提案

    挑戦的萌芽研究

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2018年03月
     

    滝沢 研二, 野津 裕史

     概要を見る

    本研究では流れの状況を理解するために粒子滞在時間を用いる.これをオイラー形式に直すことで,領域全てにおいての時間変化が分かる.研究には脈動流下において周期流れを持つ大動脈流れと,回転部位を含む流体機械流れを用いる.滞在時間の周期変化は流体場を用いて計算し続けることで得られる.出口境界における滞在時間は理論によって推定することができ,計算がこの数字よりも低いとは,入口から出口と繋がっていない領域があることを意味する.そしてその領域では滞在時間を計算した時間と同等になることから時間変動する区分の指標となる事がわかる.本研究では,この計算の精度についても検討し工夫を行った.

  • ものづくり流体アプリケーションのエクサスケールへの進化

    基盤研究(A)

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2015年03月
     

    青木 尊之, 高木 知弘, 滝沢 研二, 森口 周二, 下川辺 隆史

     概要を見る

    エクサスケールのスパコンにおいて、ものづくりを革新的に発展させるアプリケーションを開発するためには、既存のアプリケーションから根底から作り直す必要がある。所望する計算結果を得るまでの時間「Time to Solution」を最重要視した新しい陽的時間積分に基づいた数値計算手法と計算アルゴリズムを導入する研究を進めた。
    数値計算手法(離散化)に関して陰解法から陽解法、低次精度から高次精度空間離散化、非構造格子から局所的に均一な構造格子等への転換を行い、一方で計算アルゴリズムに対して、① データ移動の最小化、② 演算密度の向上、③ ノード間通信を隣接通信に限定等を行う。さらに詳細なパフォーマンス・モデルを構築し、エクサスケールの問題規模において高い実行性能を確実に達成する。手本となる流体アプリケーションの成功例を示し、ものづくり分野への大きな貢献を目的として研究に着手した。
    計算アルゴリズムの検討において、完全陽解法にすることで、ペタスケールの格子系アプリケーションで導入してきた演算と通信のオーバーラップによる通信時間の隠ぺいが計算の殆どの部分で可能になることを確認した。さらに、方向分離を双曲型方程式にTemporal Blockingによる時間積分方向のデータ再利用にキャッシュの利用を促進する計算アルゴリズムを導入を検討した。
    この段階で本基盤研究(A)を包含する基盤研究(S)の採択が決定し、以降の研究遂行を基盤研究(S)で行うこととした。

  • 高次精度パラメトリック時空間モデルによる機械と流体の相互作用解析手法の開発

    若手研究(B)

    研究期間:

    2012年04月
    -
    2015年03月
     

    滝沢 研二

     概要を見る

    本研究は、機械と流体の相互作用を解析するための計算手法の開発である。流体の解析手法はこれまでに多く研究されてきており一定の成果を上げている。本研究の特徴は、この流体解析と周辺機械が起こす時間変化という空間のみならず時間のモデリングを行う点である。
    ここでは、3つの項目について取り組んだ。1つ目は運動方程式に着目し加速度が連続である条件を利用した時刻データの滑らかな記述手法の考案、2つ目は、弁の開閉のような空間のトポロジーが変わる問題を高精度に、そして高効率に、3つ目は回転体のようにそれ自身がトポロジーを変更せずとも、高精度な流体解析を実現するための格子を捩れずに解析する手法の考案である。

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