プロフィール
中澤 葵 (Aoi NAKAZAWA) Google Scholar ResearchGate
所属 京都工芸繊維大学 設計工学専攻 博士後期課程 2回生
研究室 数値材料デザイン研究室
所属学会 日本機械学会
略歴 2025年4月 - 現在 日本学術振興会特別研究員 (DC1)
2025年4月 - 現在 京都工芸繊維大学 工芸科学研究科 設計工学専攻 博士後期課程
2023年4月 - 2025年3月 京都工芸繊維大学 工芸科学研究科 機械物理学専攻 博士前期課程
2019年4月 - 2023年3月 京都工芸繊維大学 工芸科学部 機械工学課程
2016年3月 - 2019年3月 洛南高等学校
キーワード Phase-field法, GPUコンピューティング, 焼結シミュレーション
研究内容
GPUによる超大規模Phase-field焼結シミュレーション (Science Direct)
私の研究では、粉末材料を加熱して固める「焼結」という現象を、計算機シミュレーションで高精度に再現する手法を開発しています。 焼結体の性能は、内部の結晶粒子のサイズや空隙の配置といった微細構造に大きく左右されるため、その変化を正確に予測することは、材料開発や製造条件の最適化にとって重要です。
本研究では、曲率駆動による粒成長や粒子の剛体運動による緻密化を表現できるphase-field(PF)法を用いて、粒子の移動を伴う焼結過程を大規模に扱える計算モデルを構築しました。 さらに、GPU向けの高速アルゴリズムを導入することで、従来は計算負荷が高く困難だった大規模3次元シミュレーションを実現しました。 その結果、約16万個の粒子を含む世界最大規模の3次元焼結シミュレーションに成功し、焼結体の表面付近では緻密化や粒成長が速く進む一方、内部では異なる挙動を示すことを明らかにしました。 これは、実材料に近いスケールで焼結の内部挙動を評価できることを示しています。
粉末成形から焼結までの連続Phase-fieldシミュレーション (Science Direct)
焼結体の微視構造は粒子の配置や形状、空隙構造といった初期の微細構造に強く依存するため、高精度な焼結組織予測のためには焼結過程だけでなく、粉末成形体の形成過程から一貫して評価することが重要です。
本研究では、multi-phase-fieldモデルを用いて、粒子の移動や接触、さらには焼結中の粒成長や緻密化といった現象を統一的に表現できる計算モデルを構築しました。 この手法により、球状だけでなく多面体や針状、板状といった任意形状の粒子を自然かつ一貫して扱うことが可能となり、より現実的な粉末材料の挙動を再現できます。 開発した手法を用いたシミュレーションの結果、成形時の圧力や粒子形状の違いが、焼結過程における空隙構造や緻密化挙動に大きな影響を与えることが明らかとなりました。 特に、低圧で成形された材料では粗大な空隙が形成されやすく、また粒子形状によっては緻密化速度や粒成長の進行に顕著な差が生じることが確認されました。
バルク焼結組織を低コストで再現可能な新しい計算法の開発 (Science Direct)
PF法は本質的に計算コストが高く、そのためPF焼結シミュレーションは計算規模が制限され、実際の焼結製品との間に大きなスケールギャップが生じます。 加えて焼結では緻密化に伴う体積収縮が生じるため、従来の周期境界条件をそのまま適用することが難しく、そのため、従来手法ではスケールギャップによって生じる表面効果を排除し内部挙動を正確に評価するためには、計算領域を大きく取らなければならないという課題がありました。
本研究では、焼結シミュレーションにおいて問題となる表面効果を排除し、バルク材料の挙動を高精度に再現するため、新たな境界条件である疑似周期境界条件（Pseudo-Periodic Boundary Condition: PPBC）を提案しました。 提案手法では、粒子の剛体運動による収縮を考慮しながら、計算領域内の周期構造を動的に追跡することで、表面の影響を受けない仮想的なバルク環境を再現します。 これにより、小規模な計算領域でも内部と同等の焼結挙動を再現することが可能となります。 従来法では数千粒子規模が必要であった解析に対し、数百粒子程度でも高い精度で微細構造パラメータを評価できることを示し、計算時間およびメモリ使用量の大幅な削減を可能とすることを示しました。 これにより、実材料に近い条件でのシミュレーションによる焼結挙動の解析を低コストかつ高速に行うことが可能になり、材料設計・プロセス最適化への応用が期待されます。
研究業績
国内会議
2025年度
〇中澤 葵, 高木 知弘
バルク焼結組織を高精度に予測可能なphase-field焼結シミュレーション法の開発
「材料シンポジウム」ワークショップ, 2025/10/6-7. (京都テルサ)
〇中澤 葵, Marco Seiz, 坂根 慎治, 高木 知弘
バルク焼結組織予測のための周期性を考慮したphase-field焼結シミュレーション法の開発
第38回計算力学講演会 (CMD2025), 2025/9/24-26. (信州大学工学部)
〇中澤 葵, Marco Seiz, 坂根 慎治, 高木 知弘
Phase-field法によるバルク焼結組織予測に向けた新しい計算手法の開発
日本セラミックス協会 第38回秋季シンポジウム, 2024/9/17-19. (群馬大学荒牧キャンパス)
2024年度
〇中澤 葵, 坂根 慎治, 高木 知弘
焼結組織の高精度予測のためのphase-fieldシミュレーション
日本材料学会 関西支部第19回若手シンポジウム, 2024/12/2. (同志社大学 大阪サテライトキャンパス)
〇中澤 葵, 坂根 慎治, 高木 知弘
Multi-phase-field 法による粒子形状が焼結挙動に与える影響の評価
第37回計算力学講演会 (CMD2024), 2024/10/18-20. (トークネットホール仙台)
〇中澤 葵, 高木 知弘
高精度な焼結組織予測のための大規模 phase-field 焼結シミュレーション
日本鉄鋼協会2024年秋期（第188回）講演大会, 2024/9/18-20. (大阪大学豊中キャンパス)
2023年度
〇中澤 葵, 坂根 慎治, 高木 知弘
高精度な焼結組織予測のための高性能 multi-phase-field シミュレーション法の開発
関西支部第99期定時総会講演会, 2024/3/15. (大阪工業大学大宮キャンパス)
〇中澤 葵, 坂根 慎治, 高木 知弘
Multi-phase-field 法による成形体形成から焼結過程ま での連続シミュレーション
日本機械学会 第36回計算力学講演会(CMD2023), 2023/10/25-27. (豊橋商工会議所)
〇中澤 葵, 坂根 慎治, 高木 知弘
焼結過程の材料組織と欠陥を高精度に予測可能なmulti-phase-fieldシミュレーション法の開発
「材料シンポジウム」ワークショップ, 2023/10/10-11. (京都テルサ)
〇⻄村 桃葉, 中澤 葵, 坂根 慎治, 高木 知弘
粒子のサイズ分布を考慮した焼結過程のmulti-phase-fieldシミュレーション
第28回計算工学講演会,2023/5/31-6/2. (つくば国際会議場)
2022年度
〇中澤 葵, 八條 郁, 坂根 慎治, 高木 知弘
焼結組織予測のためのmulti-phase-fieldモデリングと3次元大規模計算法の開発
日本機械学会関西支部 関西学生会2022年度学生員卒業研究発表講演会, 2023/3/15. (京都工芸繊維大学)
〇中澤 葵, 八條 郁, 坂根 慎治, 高木 知弘
焼結時の組織予測のための三次元大規模phase-fieldシミュレーション
日本金属学会2023年春期(172回)講演大会, 2023/3/7-10. (東京大学 駒場Ⅰキャンパス, 東京都立産業貿易センター)
〇中澤 葵, 八條 郁, 坂根 慎治, 高木 知弘
焼結時の組織予測のための高性能multi-phase-field計算
材料シンポジウム 若手学生研究発表会, 2022/10/11-12. (京都テルサ)
国際会議
2025年度
A. Nakazawa, S. Sakane, T. Takaki
Large-scale 3D multi-phase-field sintering simulation of texture development by templated grain growth
The 7th International Congress on 3D Materials Science (3DMS 2025), June 15-19, 2025, Anaheim, USA.
2024年度
A. Nakazawa, S. Sakane, T. Takaki
Evaluation of Effect of Particle Shape on Sintering Behavior by Large-scale Phase-field Simulations
TMS 2025 Annual Meeting & Exhibition (TMS2025), March 23-27, 2025, Las Vegas, USA.
A. Nakazawa, S. Sakane, T. Takaki
Multi-phase-field Modeling and Development of High-performance Computing Scheme for Realistic Prediction of Sintered Microstructures
9th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS2024), June 3-7, 2024, Lisboa, Portugal.
A. Nakazawa, S. Sakane, T. Takaki
Continuous Simulation from Powder Compaction to Sintering Using High-Performance Multi Phase-Field Computing
The 5th International Symposium on Phase-Field Modelling in Materials Science (PF24), May 19-23, 2024, Hangzhou, China.
2023年度
T. Takaki, A. Nakazawa, S. Sakane
Continuous phase-field simulation of powder compaction and subsequent sintering
48th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites (ICACC2024), January 28-February 2, 2024, Florida, USA.
A. Nakazawa, S. Sakane, T. Takaki
Large-scale phase-field simulation for prediction of realistic sintered microstructures
48th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites (ICACC2024), January 28-February 2, 2024, Florida, USA.
A. Nakazawa, M. Nishimura, S. Sakane, T. Takaki
Large-scale phase-field computation for predicting material microstructures from shape forming to sintering
The 11th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM11), November 19-23, 2023, Jeju, Korea.
T. Takaki, A. Nakazawa, M. Nishimura, S. Sakane
Phase-field study of densification and grain growth during sintering
The International Conference on Sintering 2023 (Sintering 2023), August 27-31, 2023, Gifu, Japan.
M. Nishimura, A. Nakazawa, S. Sakane, T. Takaki
Effect of powder size distribution on the densification behaviour of alumina ceramics sintering: phase-field study
The International Conference on Sintering 2023 (Sintering 2023), August 27-31, 2023, Gifu, Japan.
A. Nakazawa, M. Nishimura, S. Sakane, T. Takaki
High-performance computing of phase-field simulations for material microstructures formed during sintering
The International Conference on Sintering 2023 (Sintering 2023), August 27-31, 2023, Gifu, Japan.
学術論文
2025年度
A. Nakazawa, M. Seiz, T. Takaki
A novel pseudo-periodic boundary condition for eliminating surface artifacts in multi-phase-field sintering simulation
Materials & Design, Vol. 265, 2026/5, 115858. (Science Direct)
A. Nakazawa, T. Takaki
Seamless multi-phase-field modeling of microstructure evolution from powder compaction to sintering
Computational Materials Science, Vol. 259, 2025/9, 114196. (Science Direct)
2024年度
A. Nakazawa, S. Sakane, T. Takaki
Multi-phase-field modeling and high-performance computation for predicting material microstructure evolution during sintering
Journal of Materials Research and Technology, Vol. 34, 2025/1-2, 1803-1816. (Science Direct)
受賞
- 2025年 12月 日本材料学会デジタル材料工学部門委員会 優秀学生講演発表賞 (賞状)
- 2025年 9月 日本セラミックス協会第三十八回秋季シンポジウム「高密度化の科学と技術 -焼結技術の新たな展開 -」最優秀発表賞 (賞状)
- 2025年 3月 2024年度 日本機械学会三浦賞 (賞状/オープンバッジ)
- 2025年 3月 令和6年度 京都工芸繊維大学 学長表彰 研究業績優秀者 (楯)
- 2024年 9月 日本鉄鋼協会 第188回秋季講演大会学生ポスターセッション 最優秀賞 (賞状/楯)
- 2024年 3月 令和５年度 機械工学修士技術シンポジウム 優秀賞 (賞状)
- 2023年 10月 日本材料学会塑性工学部門委員会 優秀学生講演発表賞 (賞状)
- 2023年 3月 日本機械学会 2022年度関西学生会学生員卒業研究発表講演会 Best Presentation Award (賞状)
- 2023年 3月 日本金属学会 2023年春期講演大会 優秀ポスター賞 (賞状)
共同研究・競争的資金等
セラミックス液相焼結のミクロ組織とマクロ変形の革新的マルチスケールシミュレータ
日本学術振興会：科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
代表者：中澤葵 研究期間：2025年4月 - 2028年3月
NEWS
- 2025年 3月 20日
学術論文 - 学術雑誌Materials & Designに「A novel pseudo-periodic boundary condition for eliminating surface artifacts in multi-phase-field sintering simulation」が掲載されました
- 2025年 12月 10日
受賞 - 日本材料学会 「材料シンポジウム」ワークショップ で日本材料学会デジタル材料工学部門委員会優秀学生講演発表賞を受賞しました
- 2025年 10月 14日
受賞 - 日本セラミックス協会 第38回秋季シンポジウム 「高密度化の科学と技術 -焼結技術の新たな展開 -」で最優秀発表賞を受賞しました