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地殻変動解析

地殻変動解析ソフトウェア EduS/FrontISTR/Tecton

三次元不均質地下構造を考慮した地殻変動解析ソフトウェア

EduS/FrontISTR/Tecton

~デスクトップPCで300万自由度の地殻構造モデルを90秒で解析~


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

2016.03.12  Geophysical Journal Internationalに論文が掲載されました。(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)


ソフトウェア概要

 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、EduScience社が独自に開発した地震に伴う地殻変動や海底面の変動を、有限要素法を用いて解析する静的応力解析ソフトウェアを販売開始しました。

 本ソフトウェアは、3次元不均質地下構造をモデル化することができます。また、複雑な断層形状、断層間の力学相互作用、断層面上でのすべり変位の空間的分布などを持ち、地殻変動量とその分布を高精度に高速に予測できます。地殻変動解析結果を津波解析のインプットとして利用することも出来ます。さらに、粘弾性緩和を考慮した粘弾性地殻変動解析も可能です。


開発の背景

 通常地殻変動量や海底変動の上下変位量は、半無限均質な岡田モデル(Okada,1985)に基づき、断層モデルを仮定し理論計算を行うことで求められます。そのため、多くのソフトウェアでは、水平成層地盤のみを対象としてきました。また、3次元有限要素法で解析時間が膨大になることからモデル規模に制限があり、大型コンピュータを用いない限り、数10万自由度程度の限られた狭い範囲の地盤モデルしか解析できませんでした。

 しかし、地下構造は地質学的に複雑な不均質構造を有しており、断層滑りが一様ではなく、断層端へ向かって変位量が徐々に減少しています。

 そのため、大規模な実問題に対して実際の計算条件下で、これらの効果を正しく評価するためには、有限要素法による3次元の不均質な地下構造と詳細な断層モデルを用い、地殻変動や海底面の上下変形量分布を高精度に求めることが必要となります。
 また、大規模な実問題に対応するためには、高度に並列化・高速化されたソルバーを利用することが必要です。
 EduScience社は東京大学生産技術研究所で開発されたFrontISTR(※)の大規模並列ソルバーを利用し、複雑な断層形状や断層間の力学的相互作用、断層面上でのすべり変位の空間的分布などを考慮でき、地殻変動量とその分布を高精度に予測できるソフトウェア、EduS/FrontISTR/Tectonを開発しました。

(※)EduS/FrontISTR/Tecton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、海底地形や局所的な地殻構造などを元の形状のままメッシュ分割し、解析が可能。メッシュ分割には、大規模で複雑な地形や地盤構造を扱うことが可能な、高性能ハイエンドメッシャーANSYS ICEM CFDを利用し、デスクトップワークステーションでも数億自由度まで、六面体、四面体などメッシュタイプにかかわらずメッシュ分割が可能。メッシュの粗密なども調整可能。

  2. 地震に伴う地殻変動や津波波源となる海底変動が高精度に求められる
    海底形状データから有限要素メッシュ生成が可能であるため、高精度な解析が可能。また、断層形状や滑り分布も柔軟なモデル化可能。

  3. 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(1Km分解能)をソルバーに取り込むことに成功。要素1つ1つに不均質地盤データをマッピングし、日本全国の地殻変動解析を、特別な設定を行う必要なく実行することが可能。さらに、この機能を拡張することにより、独自の地下構造データをお持ちであれば、それらのデータを簡単にソルバーに読み込むことができ、現実的な不均質構造を考慮した詳細な解析が可能。

  4. 計算速度が高速でかつ大規模並列計算に対応
    大規模ノード数、多数コア対応のアルゴリズムが用いられており、ノード間並列に、MPIによる並列化を採用している。最大の特長は、データの局所化と負荷の均等化であり、同時に、反復法CGの前処理において、収束の高速化のために、ある程度の大域的な処理を考慮している。 300万自由度のモデルに対して、1コアで約184秒、4コアでは約87秒で計算が終了。 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、簡単に高速計算が可能。

  5. 断層面上で、滑り変位の空間的に円滑な分布を実現することが可能
    断層面は有限要素モデルで小断層面から構成される。小断層の滑り変位量を任意に設定できる。

  6. スプリット・ノード法(Melosh and Raefsky, 1981)を改良した、独自の手法により複雑な断層滑りを容易に表現可能

  7. 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。そのため、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、すべり変位、幾何形状、材質、拘束条件、外力
要素種類 2次元三角形、四角形、3次元4・5・6面体、ピラミッド、無限要素
解析項目 静的解析、準静的粘弾性解析、動的解析
粘弾性モデル Maxwell
解析モデル規模 上限なし。Linux環境でメモリ2GBに対し50万節点に対応(6面体)(今後100万節点に対応予定)。並列計算対応
断層形状と数 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 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

今後の改良予定

 今後、並列計算をした場合の複数CPUからの出力や、津波波源になる海底面の変動分布計算機能の実装等、さらに機能の強化を検討しています。さらに、大規模地盤非線形解析に対応予定。また、地殻変動解析から、津波解析、津波の流体解析、津波による構造物への影響評価ができるシミュレータも開発予定です。


詳細資料

 検証事例として、2011/3/11に起こった東北地方太平洋沖地震を対象とし、東西600km×南北780km×上下100kmの地域の解析を行いました。
 詳細情報は、下記より資料をダウンロードしてください。また、ご不明な点はお問い合わせください。


 また、国土地理院のお客様が弊社のご依頼を受け解析した結果をベースに、本格的な不均質地盤構造を考慮して地殻変動解析を行い、新潟-神戸歪集中帯の観測結果の傾向を世界で初めてシミュレーションで再現され、2013年5月21日、日本地球惑星科学連合 2013年度連合大会にて発表されました。詳細はこちらまで。


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本ソフトウェアに関するご質問・お問い合わせは、下記のお問い合わせボタンよりお寄せください。

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