水深の浅い場合の海洋構造物に働く非線形波力の理論計算と模型試験による検証

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450406
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 木下 健 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70107366)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐野 偉光 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (90238220)
• Keywords: 非線形波力 / セキュラー項 / 波漂流減衰力 / 波漂流付加質量

Research Abstract

鉛直円柱に働く三次の非線形波力はリンギング等テンションレグプラットフォームの非線形応答の起振源として重要であるが、摂動法による計算には、セキュラー項の自由表面の無限積分が現れ、特に浅水域での計算ではMolinの示した数値フィルター法が適用できない。本研究では鉛直円柱に働く浅水域での三次の非線形波力を摂動法により定式化し、セキュラー項の数学的一般的性質を調べている。特に今年はセキュラー項が現れる、もう一つの海洋工学上重要な、長周期運動の波漂流減衰力と波漂流付加質量の定式化を行った。
すなわち長周期運動の周波数が入射波の周波数と比べて小さいとして、波傾斜の二次の微少量までの流体力を入射波の周波数のラディエーション影響を含めて浮体固定座標を用いて厳密に定式化した。この定式化では、長周期運動の大きさは微小でなくて、大振幅でも適用が可能である点が従来の定式化と異なる。
さらに、振り子に模型を吊るして、それを強制動揺させることにより波浪中の精密な水槽実験を行い波漂流減衰力と波漂流付加質量を計測した。この方法では従来の付加抵抗法では計測不可能であった長周期運動周期の影響や、長周期付加質量の計測が可能である。その結果をセキュラー項を除いた計算可能な項との比較を行い、セキュラー項の相対的重要性を調べた。すなわち、定量的にはともかく、定性的には計測値と計算値は良好な一致を示すことが分かった。
これらは、本課題の主目的の鉛直円柱に働く浅水域での三次の非線形波力の問題と、自由表面の高次の波浪の干渉という問題の本質と密接に関連しており、今年の理論的、数値計算的、実験的知見を利用して、引き続き鉛直円柱に働く浅水域での三次の非線形波力の問題を解決する予定である。

Research Products

• [Publications] W.Bao, T.Kinoshita: "Wave-drift added mass of a cylinder array slowly oscillating in waves"日本造船学会海洋工学委員会第9回性能部会. OH9-1. (2001)
• [Publications] W.Bao, T.Kinoshita: "Wave-drift added mass of bodies with slow drift motions"Proc. of the 16^<th> International WS on Water Waves and Floating Bodies. 1-4 (2001)
• [Publications] W.Bao, T.Kinoshita: "Wave-drift added mass of a cylinder array slowly oscillating in waves"Proc. of the 20^<th> International Conf. on Offshore Mechanics and Arctic Engineering. Offshore Technology(CDROM). (2001)
• [Publications] W.Bao, T.Kinoshita: "On the convergence of potentials appearing in the calculation of wave-drift added mass"自由表面流体力学に関する数理解析、九州大学応力研. (2001)