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組織・メンバー

研究部門

災害評価・低減研究部門
計算安全工学研究分野
助教
博士（工学）
SUGAI Riichi
すがい　りいち
研究テーマ
土砂災害による地盤や構造物の大規模な変形・破壊を高精度に再現する数値シミュレーション手法の開発に取り組み、災害における多段階破壊現象の解明や被害予測の高度化を目指しています。
研究キーワード
計算力学 ／ 粒子法(MPM) ／ 大変形解析 ／ 破壊解析 ／ 数値安定化
関連サイト
研究概要

構造物のき裂の進展・破壊解析
地震や土砂の衝突などによって、構造物にき裂が発生し、進展することで破壊に至る過程を再現する数値解析手法を研究しています。従来の解析手法では、き裂の進展に合わせて計算用の格子を作り直す必要があり、複雑な破壊現象には課題がありました。そこで、き裂の発生と進展を表現するフェーズフィールド法と粒子法（MPM）を組み合わせ、格子を作り直すことなく、き裂の進展から構造物の分離までを一貫して解析できる手法を開発しました。この技術を発展させ、土砂災害による構造物の損傷・崩壊過程の解明を目指しています。

圧力安定化による数値解析の高精度化
地盤や構造物が大きく変形する現象を数値シミュレーションで再現する際には、計算上の誤差によって圧力が不自然に振動し、解析の精度や安定性が低下することがあります。特に、土砂や金属などの体積が変化しにくい材料では、この問題が顕著になります。そこで、変位と圧力を独立して扱う混合定式化に、変分マルチスケール法（VMS）による安定化技術を導入し、不自然な圧力振動を抑える手法を開発しました。これにより、大きな変形を伴う地盤や構造物の挙動を、より高精度かつ安定して再現することを目指しています。

主な業績

Sugai, R., Hidano, S., Matsubara, S., and Terada, K. (2026). Variational multiscale-stabilized extended B-spline-based mixed implicit material point method for elastoplasticity at finite strains. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 459, 119057, doi:10.1016/j.cma.2026.119057

Suzuki, Y., Sugai, R., Hidano, S., Nomura, R., Moriguchi, S., Kodaka, and T., Terada, K. (2026). Multi-patch B-spline-based hybrid MPM-FEM for simulating piping failure. Computational Particle Mechanics, 16, 359-383, doi:10.1016/j.cpms.2026.07.002

Sugai, R., Nomura, R., Moriguchi, S., and Terada, K. (2025). Extended B-spline-based mixed material point method stabilized by the variational multiscale method for compressible and nearly incompressible hyperelastic materials. Advances in Computational Science and Engineering, 4, 85-118, doi:10.3934/acse.2025013

Sugai, R., Han, J., Moriguchi, S., and Terada, K. (2024). Diffusive-discrete crack transition without remeshing achieving by extended B-spline-based implicit material point method. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 421, 116771, doi:10.1016/j.cma.2024.116771

Sugai, R., Han, J., Yamaguchi, Y., Moriguchi, S., and Terada, K. (2023). Extended B-spline-based implicit material point method enhanced by F-bar projection method to suppress pressure oscillation. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 124(11), 2423-2448, doi:10.1002/nme.7216

主な所属学会
  • 国際計算力学協会
  • 日本計算工学会
  • 土木学会
主な受賞
  • 2022年度論文奨励賞（日本計算工学会）
  • 令和4年度東北大学大学院工学研究科長賞
  • 第27回計算工学講演会若手優秀講演フェロー表彰（日本計算工学会）