計算数理研究室

研究内容

　数値シミュレーションは、理工学の種々の問題を解決する有力な手段であり、中でも、工学に関わる力学現象を解明しようとする計算力学は、理論・実験力学と並ぶ強力な手法です。当研究室では計算力学の手法のうち、特に波動や破壊現象の解析に有利な境界積分方程式法を開発しています。さらに、種々の波動現象の解明をめざして、数値計算的アプローチを用いた応用研究も行っています。
　道路騒音軽減のための音場解析、バーチャル空間での波動音響解析、超音波を用いた音響技術、金属材料や複合材料の非破壊評価に関連する弾性波動解析の研究などを進めています。これらの問題は、決定すべき未知量の多い大規模問題になります。大規模問題のための数値解析手法の開発や、数値的に安定な解析手法の適用が研究の鍵となります。

研究内容

研究の概要

（1）非平衡反応場を利用した資源変換プロセスと宇宙資源利用

本研究室では、熱平衡から外れた反応場を積極的に利用し、従来法では実現が難しい資源変換プロセスの開拓を目指しています。特に、高温・高反応性・急速加熱冷却・電場印加・減圧といった非平衡条件のもとで、物質の分解、還元、相変化、電極反応を制御することに関心を持っています。
また、こうした研究を地上の材料・資源変換にとどめず、月・惑星レゴリスのような資源から金属や酸素を現地で製造する宇宙資源利用へ展開することも目指しています。非平衡状態を活用することで、惑星資源から有用物質を創製する新しいプロセスの基盤構築に取り組んでいます。

（2）レーザーを利用した非平衡還元・材料変換

レーザー照射は、局所的かつ短時間に高エネルギーを投入できる典型的な非平衡プロセスです。本研究室では、金属酸化物のレーザー還元やアブレーション現象に着目し、非平衡条件下での反応誘起、生成相制御、反応機構の解明を進めています。 さらに、レーザーによって形成される高温・高励起状態を利用して、通常の熱処理では到達しにくい反応経路を開拓し、新しい材料変換手法の創出を目指しています。

（3）減圧沸騰を利用した非平衡相変化・熱流動現象

減圧下で生じる沸騰現象は、圧力変化、蒸発、気泡生成、熱移動が同時に進行する複雑な非平衡現象です。本研究室では、減圧過程における沸騰開始条件、気泡挙動、温度変化、熱輸送特性に着目し、平衡論だけでは十分に説明できない相変化現象の理解を目指しています。

（4）分光計測・その場観察による反応解析

非平衡反応を理解するためには、その場で何が起きているかを捉える計測技術が不可欠です。本研究室では、発光分光や表面観察、形態評価、粗さ解析などを組み合わせ、反応場・プラズマ・電極表面の変化を多角的に評価しています。 反応機構の解明とプロセス設計を結びつけるために、計測と解析を重視した研究を進めています。