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地震動解析

地震動解析ソフトウェア EduS/FrontISTR/Quake

地震動(地震波伝播)解析ソフトウェア
EduS/FrontISTR/Quake

~スーパーコンピュータで行われている最先端の解析技術をデスクトップ環境でご提供~

ご挨拶

震災によりお亡くなりになられました方々のご冥福をお祈り申し上げますとともに、被災された皆様、そのご家族の皆様に、心よりお見舞い申し上げます。被災地の一日も早い復興をお祈り申し上げます。
また、地震・災害への防災対策および被害軽減に向けて、科学技術計算の観点から弊社もより一層の努力をいたします。

What's new

2016.10.17  第36回地震工学研究発表会にて発表されました。(詳細)
2016.09.08  土木学会 第71回年次学術講演会にて発表されました。(詳細)
2015.04.01  地表面や海底地形を考慮した解析が可能となりました
2016.03.12  Geophysical Journal Internationalに論文が掲載されました。(詳細)
2015.03.23  第17回東京大学主催FrontISTR研究会で成果を報告しました
2014.09.11  土木学会 第69回年次学術講演会にて発表しました(詳細)
2013.12.03  第7回東京大学主催第7回FrontISTR研究会で成果を報告しました(詳細)
2013.09.06  電子情報通信学会 集積回路研究専門委員会(ICD) 第5回アクセラレーション技術発表討論会で成果を報告しました(詳細)
2013.06.07  イノベーション基盤シミュレーションソフトウェアの研究開発成果報告会で発表しました(詳細)
2013.05.21  日本地球惑星科学連合2013年度連合大会で成果が発表されました(詳細)
2012.11.20  地震動解析ソフトウェアEduS/FrontISTRを販売開始しました(詳細)

開発背景

地震動は、1) 断層破壊、2) 伝播経路の地盤特性、3) 地下構造の影響による地震動の増幅などを複雑に受けた結果です。 そのため、地震の構造物への影響を考える場合には、これらの要因を総合的に考慮することが望まれます。

一般に断層面から発生した波動が観測点にまで到達する間の地質構造は複雑で、波数積分法や薄層法など理論解法では実地盤に対応した挙動を把握することは不可能です。

そこで複雑な断層形状や実際の地下構造を考慮して解析を行うためには、 地盤構造の物性情報と、有限差分法や有限要素法のような数値解析技術を用いた定量的評価を可能とする包括的なシミュレーション技術が必要となり、 さらなる性能の向上が期待されています。

しかし、従来はスーパーコンピュータや大規模クラスタマシンなどの環境でしか現実的な時間で解析を行うことが困難でした。 解析規模が大きくなるとモデル形状やメッシュ生成、地盤物性値の設定などにも時間がかかりました。

そこで、弊社は、株式会社エデュサイエンス綜合研究所(以下EduScience社という)と業務提携し、 有限要素法をベースとしてEduScience社が独自に開発した地震動解析ソフトウェアEduS/FrontISTR/Quake(※)を販売・サポートすることとしました。

EduS/FrontISTRにより、公開されている地盤情報などを利用して、不均質断層滑りや地表面の地形、海底地形、不均質な地下構造モデルを短時間で作成し、 広範囲な地震の動的な挙動をデスクトップワークステーションで解析できるようになりました。


(※)EduS/FrontISTR/Quakeは、東京大学生産技術研究所革新的シミュレーション研究センターが実施した 文部科学省ITプログラムITプログラム「戦略的基盤ソフトウェアの開発」プロジェクト、 次世代IT基盤構築のための研究開発「革新的シミュレーションソフトウェアの研究開発」プロジェクト および「イノベーション基盤シミュレーションソフトウェアの研究開発」プロジェクトの成果をEduScience社が改良・開発し商品化したものです。

ソフトウェアの特長

  1. 3次元の複雑な地形形状と不均質地下構造に対応可能
    3次元有限要素法を用いることにより、地形や局所的な地下構造などを元の形状のままメッシュ分割し解析ができます。 独自開発のメッシュ生成ツールを用いて90分程度で数億メッシュの生成と領域分割が行えます。また、さらに複雑な地形や地盤構造、断層構造を扱うことができる 高性能ハイエンドメッシュ生成ツールとも連携がとれております。 メッシュの粗密なども柔軟に調整できるため、従来の約5分の1~10分の1のメッシュ規模で、同等精度の計算が可能となります。 元の形状を再現しながらも解析規模を抑えられるため、単に計算時間の削減だけでなく、結果データの整理などの手間が大幅に削減できます。

  2. 不均質な地下構造データベースを利用可能
    防災科学技術研究所のJ-SHIS地盤構造モデル(工学的基盤から地震基盤)、Matsubaraモデル(地震基盤以深)をソルバーに取り込むことに成功しました。 解析用メッシュ1つ1つに不均質地盤物性値を自動でマッピングします。そのため日本全国の地震動解析を、特別な設定を行う必要なく実行することが可能です。 さらに詳細な地下構造データをお持ちであれば、この機能を拡張することにより、データを簡単にソルバーに読み込むことができ、 現実的な不均質地盤構造を考慮した詳細な解析が可能となります。例えば、ボーリングデータを用いて浅部地盤モデルを作成し、地震応答解析を行うことも可能です。

    jibanDB.png     密度(単位:kg/m3)       S波速度(単位:m/s)      P波速度(単位:m/s)

  3. 任意形状の震源モデルを扱うことが可能
    点震源に対応しているだけでなく、複数の複雑な形状の断層をモデリングし、断層すべり破壊や震源モデルも柔軟にモデル化が可能となります。 断層面は下図に示すように断層の背景やアスペリティ(SPGA含む)の数に制限なく、柔軟な入力データに対応できます。 スプリット・ノード法(Melosh and Raefsky, 1981)を改良した独自の手法により断層すべり変位を任意に設定可能です。 震源時間関数は、三角型、中村・宮武型、ユーザ定義型に対応しております。SMGAモデル、SPGAモデルにも対応可能です。

  4. danso_tokyo.png
  5. 計算速度が高速でかつ大規模並列計算に対応
    ソルバーのデータ構造やアルゴリズムを独自に改良したことにより、大規模な計算が高速に可能となりました。 そのため、一般的なデスクトップワークステーションでも数億自由度まで1日以内で解析が可能です。(解析規模はメモリに依存します) もちろん、クラスタマシンやスーパーコンピュータまで幅広い環境に対応しているため、解析規模の上限はありません。 つまり、最近のマルチコアの計算機を利用することで、並列計算の経験がない方でも、簡単に高速な計算が可能であり、さまざまな条件でパラメータスタディが可能なシステムとなっています。 並列数に応じた費用増加がないため、何百コアを利用してもライセンス料金は定額です。

  6. ソースコードを保有しているため、柔軟なカスタマイズが可能
    細部にわたりソースコードを把握しているため、ご要望に応じて柔軟なカスタマイズが可能です。 そのため、ご研究の興味やテーマに応じて、独自の機能や材料モデルを組み込むことが可能です。

機能一覧

入力データ 断層形状、滑り時間関数、幾何形状、材質、拘束条件
要素種類 3次元4面体(テトラ)・5面体(ピラミッド・プリズム)・6面体(ヘキサ)、6面体無限要素
吸収境界 粘性吸収境界、無限要素
断層モデル 震源モデル(ダブルカップルの力対)と断層滑り変位入力を選択可能
SMGAモデル、SPGAモデルにも対応
解析モデル規模 ソフトウェア上の制限はなく、メモリに依存。(Linux環境でメモリ2GBに対し、150万節点(6面体)に対応可能)
断層形状と数 複数の複雑な断層形状、滑り変位分布、数を容易に対応可能
地下構造と地形 地下構造、地形を考慮可能。3次元4・5・6面体とプラミッド要素で複雑な構造形状のモデル化。
減衰タイプ 質量比例減衰、レイリー(Rayleigh)減衰
出力 任意地点の加速度・速度・変位の波形や時系列データ。地表面の震度分布。設計用入力地震動に必要な海底の変形やその時系列データ。その他ご要望に合わせ特別なデータ処理も可能

関連情報

  地殻変動解析ソフトウェア EduS/FrontISTR/Tecton


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