次世代のものづくりに役立つ振動・波動系の有限要素解析

　企業のエンジニアの方にも大学生にも、これから有限要素法による固体力学シミュレーションを利用しようとする方に最初に学んでいただきたいのは、実際の事象をいかに数理的に表すかという数理モデリング(mathematical modeling)です。
　本書では、ソフトウェアの種類によらず、共通に必要な数理モデリングに焦点を当てて述べます。計算力学を専門としない方、つまり、有限要素解析ソフトウェアを問題解決のツールとして利用するだけの設計者などのCAEソフトウェアユーザにも、数理モデリングを学んでいただくことを念頭に執筆されています。さまざまな事例を通じて、付加価値をお伝えすること、および、そのためには数理モデリングあるいは数理的表記がキーとなることをお伝えします。

資源循環は現代社会において極めて重要な課題です。産業活動が活発な日本においては，産業廃棄物の有効利用と最終処分が大きな課題となっています。本書では，産業廃棄物をリサイクル材料として有効利用し，土木工事などの大量の資材を必要とする分野に注目してその可能性を探ります。
本書は，高校生や大学生，これから社会人として実務に携わられる若い方々，異動等で新しい業務に関わる方々にも理解しやすい内容となるよう努めています。この書籍が皆さまの学びや実務の一助となり，近年の動向である持続可能な社会の実現に貢献すること，また時代の変化に応じて廃棄物の適正処理がその時々の社会に適合していけるよう願っています。
【目次】
第1章 数値シミュレーションのやさしい解説
1.1 身近になりつつある数値シミュレーション
1.2 質量保存則をイメージしてみよう
1.3 シミュレーションの考え方の由来
1.4 廃棄物処理の地域性
1.5 廃棄物最終処分場のシミュレーション
第2章 多孔質媒体中の流れと物質輸送
2.1 流れ
2.2 物質輸送
2.3 実務における計算例
第3章 廃棄物に係る反応と数学的表現
3.1 廃棄物等から汚水が出る現象
3.2 化学物質が土に吸着する現象
3.3 化学反応による物質間での相互作用
第4章 廃棄物の有効利用と環境安全性に係る考え方
4.1 廃棄物の有効利用
4.2 基礎方程式
4.3 計算事例
4.4 結び
第5章 海水環境中における安全性評価
5.1 化学反応を考慮する必要性
5.2 基礎方程式
5.3 計算事例
5.4 結び
第6章 現場管理者との連携による正確な将来予測
6.1 廃棄物最終処分場の維持管理と廃止に向けた課題
6.2 最終処分場の将来予測に係る学術
6.3 研究者と実務者の連携強化
6.4 双方向から情報を積み上げるための対話型プラットフォーム
6.5 実用的な将来予測手法の構築に向けた研究
6.6 結び
第7章 放射能汚染廃棄物の埋立処分方法を考える
7.1 放射性物質が混入した廃棄物の処理と現状
7.2 最終処分場における放射性物質の挙動
7.3 放射性物質に汚染された廃棄物の埋立方法
7.4 放射性セシウムの溶出量を考慮した浸出水への影響評価
7.5 結び

我が国が世界をリードして豊かな社会を実現するには，コンピュータによる科学技術シミュレーションを積極的に利用することで研究開発や設計機能を整備し，顧客のニーズに合致した製品を市場に投入していくことが急務です。これを実現するため，本書では汎用有限要素解析ソフトウェア「COMSOL Multiphysics」を紹介します。
本書の特徴として数多くの題材を示した点と，本ソフトウェアを使って科学技術の諸課題を解決する過程を楽しみながら実体験できる点が挙げられます。読者は実体験を通して科学技術シミュレーションの基本的な方法やパターン（解決様式）を習得できます。
本書が，世界をリードする新しいものづくりに貢献する，科学技術の基盤であるCAEミニマムとなりますことを心より願っております。

本書は、振動・波動系の有限要素解析について、第1著者自身が切り開いてきた歴史的な経緯も披露しながら、その必然的な成果である最先端の豊富な応用事例を交えながら説明をしています。さらにものづくりに必須の具体的な道具とその作成法と利用法について流体解析を例に挙げて紹介しています。
本書はまさに次世代のものづくりの主役である振動・波動計に読者を誘う最良で最短の道筋を示す内容になっています。
この機会に本書をぜひ手に取っていただき、読者自らが次世代のものづくりをリードしていく端緒になれば幸いです。
【目次】
第1章　音の力学
1.1　はじめに
1.2　音の発生
1.3　音の伝播
1.4　遮音の理論と設計
1.5　吸音の理論と設計
1.6　聴覚と音声
1.7　まとめ
第2章　モード合成法をベースとする新しい解析技術
2.1　はじめに
2.2　構造-音場連成系の数理
2.3　連成系におけるモード合成法の表現
2.4　連成系の固有値・固有モード感度解析
2.5　萩原-馬の固有モード感度解析式と従来の感度解析式との精度比較
2.6　連成系における区分モード合成法
2.7　まとめ
第3章　固有周波数を操る
3.1　はじめに
3.2　補正付摂動法
3.3　複数の固有周波数を高速・高精度に制御するインタラクティブエネルギー密度移相変更法
3.4　IEDT変更法のその後の発展
3.5　まとめ
第4章　機械学習と応答曲面最適化法
4.1　はじめに
4.2　ホログラフィックニューラルネットワーク(HNN)の理論とその拡張
4.3　HNNを使った応答曲面最適化(MPOD)法
4.4　MPODの適用
4.5　まとめ
第5章　流れの音
5.1　はじめに
5.2　空気の音
5.3　流れのある音場の数値解析
5.4　数値解法－音源を与えて音の伝播を解析する方法
5.5　数値解法－流れ場から音源を抽出して音伝搬を計算する方法
5.6　熱粘性音響
第6章　アプリによる数値解析
6.1　はじめに
6.2　音と渦の相互作用
6.3　モデルの開発
6.4　アプリ化
6.5　アプリの配布機能
6.6　「誰でも・いつでも・どこでも」利用できるU-CAE環境へ

本書は初学者の方々が超電導の概要を学び、さらに実験や解析を行う際に何を行い、得られたデータのどこに着目すればよいのかを知るための「入門書」です。
・超電導とはどのようなもので、何が重要なのか
・超電導状態を記述する方程式はなぜそのような形になり、どのような計算を行うのか
・実験や解析結果に対してどのような軸でグラフを書き、どこに注目するのか
などの初学者が躓きやすい部分を丁寧に詳述。
マクスウェル方程式の展開や計算過程、COMSOLを用いた解析手順を1つ1つ図で示しながら解説するなど、超電導研究への第一歩に相応しい書籍です。
【目次】
第1章　超電導概論
1.1 超電導現象の発見
1.2 超電導体の臨界状態
1.3 超電導体である条件
1.4 ロンドン理論による超電導現象の記述
1.5 コヒーレンス長
1.6 第1種超電導体と第2種超電導体
1.7 第2種超電導体における捕捉磁束
1.8 実用超電導材料の例
1.9 超電導技術の応用例

第2章　超電導材料を用いた実験
2.1 超電導線材のI-V特性実験
2.2 バルク超電導体の着磁実験

第3章　超電導電磁現象のモデル化
3.1 物理現象のモデル化
3.2 超電導現象の非線形性
3.3 超電導臨界状態モデル
3.4 n値モデル
3.5 超電導モデルによる超電導体内の磁束密度分布と電流密度分布の考察

第4章　永久磁石の電磁界解析
4.1 COMSOLとは
4.2 COMSOL の計算の流れと注意点
4.3 永久磁石が空間中に発生する磁界の解析

第5章　バルク超電導体内に流れる電流密度の考察
5.1 磁気ベクトルポテンシャル法（A-Φ法）の導入
5.2 二次元静磁界解析への適用
5.3 COMSOLによるモデル化と解析
5.4 解析結果における着目点

第6章　n値モデルを用いたバルク超電導体の着磁解析
6.1 外部発生磁界とn値モデルの考え方
6.2 COMSOLによる2次元解析
6.3 解析結果における着目点

付録
A.1 解析におけるトラブルシューティング例
A.2 超電導関連の有用なサイト