2016 Fiscal Year Research-status Report
高性能基底関数を用いた高精度かつＣＡＤとの親和性の高い流体構造連成解析手法の構築
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15K06200
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| Research Institution | Hachinohe National College of Technology |
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Principal Investigator |
丸岡 晃 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30310973)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 流体構造連成 / 高性能基底関数 / 有限要素法 / 数値流体力学 / NURBS / 移動境界問題 / 自由界面流れ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、流れ場の中に置かれた構造物が流体力を受けて変形し、またその変形によって流れ場が変化するような流体構造連成問題を精度よく解析することを目的として、流れ場と構造物の境界・領域形状表現および流速、圧力、変位等の目的変数の近似に高性能基底関数を用いた流体構造連成解析手法を構築する。高性能基底関数とは、Hermite補間に基づく基底関数やCADの形状表現に用いられるBスプラインやNURBSのような導関数に対して連続性を可能にするものであり、一般的な有限要素法で用いられるLagrange補間に基づく基底関数と比べて関数近似能力および形状表現能力に優れている。このような高性能基底関数の適用によって、高精度かつCADとの親和性の高い流体構造連成解析手法の構築が期待できる。
2016年度における主な研究成果は以下のようにまとめられる。
（１）流体解析手法の基礎式に、従来は非圧縮性モデルを用いてきたが、流体の僅かな圧縮性を考慮したAdiabatic Flowモデルを採用するようにした。これにより流体構造連成問題においてメッシュの時間的急変において生じる不安定性を回避できるようになった。
（２）前年度までに開発してきた単一NURBSパッチにおける流体解析手法を、マルチNURBSパッチによる境界適合型手法の適用した移動境界を有する流体解析手法へ発展させ、ベンチマーク問題による精度検証を行い、良好な精度を得ることができた。
（３）流体と構造の境界条件に対して、Nitcheの方法に基づく弱拘束型境界条件の導入を行った。これにより境界条件の強拘束による不安定性を回避できるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2016年度は、流体構造連成解析手法のコーディングが中心であり、開発コードを用いたより実用的な問題に対する検討については不十分な面もあったが、2015年度に課題としていたマルチNURBSパッチの導入、数値不安定性の回避については、「９．研究実績の概要」に示したように一定の進展を得ることができたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2016年度までは流体構造連成解析手法のコーディングが中心であり、具体的な数値解析の実施については検証問題がほとんどで研究代表者自身が行わなければならないことが多かった。2017年度は、開発コードを用いたより実用的な問題に対する数値解析が中心になる。このため、多くのケーススタディが必要になるため、八戸工業高等専門学校の学生２名を研究協力者として依頼し、数値解析の実施（入力データの作成、計算の実行、計算結果の後処理）に協力していただくことを考えている。
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