2016 Fiscal Year Research-status Report
粒子法・渦法による洋上風力発電設備および海洋浮体構造物の流体ー弾塑性構造連成解析
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15K06621
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
萩原 世也 佐賀大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80198647)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永田 修一 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 教授 (30404205)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 粒子法 / 海洋浮体構造物 / 弾塑性解析 / 流体－構造連成解析 / 渦法 / 安全性 / 安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
洋上風力発電設備をはじめとする海洋浮体構造物は，厳しい気象・海象条件下における浮体動揺の低減化が大きな課題となり，さらに強風や台風等による，非日常的な波浪等による構造物の安定性と安全性を確保する必要がある．これらをシミュレーションにより予め把握することは，これらの構造物を設計・設置するうえで非常に重要である．
津波などによる沿岸地域の防災を目的とした分野での流れの解析手法として粒子法を用いた解析が多く行われている．このとき，流体中の構造物は流体からの力を受けており，このような解析を行う，流体―構造連成解析も粒子法で行われている．構造物が流体から力を受ける場合は，非常に大きな力を受ける事が想定され，そのような場合には，構造の解析においては，材料の弾塑性の性質を考慮して解析を行わなければならない．
2016年度においては， Marcalの方法を材料特性に関して，多直線近似に拡張して実装したプログラムにおいて，二直線近似との比較により弾塑性解析の検証を行った．また，平板の押しジグ解析において，応力分布の表示を行い，応力の伝わる状態を表現した．
粒子法の流体解析においては，粒子法オープンソースプログラムSPHYSICSのナビアストークス方程式に人工粘性を付加したδ-SPH法へ拡張することにより，流体解析の圧力の安定性が増した．δ-SPH法を用いて2次元ダムブレイク解析その他により，流体解析を行い，安定性の検証と浮体を考慮し，浮体と壁面での圧力の変動をSPH法とδ-SPH法で変動の安定性の比較を行った．OWC-typeの浮体型波力発電設備の流体流れに，渦法による数値解析を適用した．
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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
弾塑性SPH法について，弾塑性材料特性を二直線近似から多直線近似することよる応力－ひずみ関係へ拡張し，そして陽解法のプログラムに適したMarcalの方法もプログラムへ実装することができた． また，応力分布をカラーコンター図で表すことにより，応力の伝播の状態を表現することができた．
粒子法の流体解析においては，粒子法オープンソースプログラムSPHYSICSに人工粘性項を加えたδ-SPH法へ拡張することにより，流体解析の圧力の安定性を増し，さらに浮体構造物，壁が受ける圧力の変動を定量的に表し，人工粘性項により，圧力の変動が安定的に変化することを確認した．またOWC-typeの浮体型波力発電設備の流体流れに，渦法による数値解析を適用し，圧力，装置に動き等が，実験結果と良い一致を示した．
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| Strategy for Future Research Activity |
δ-SPH法により，流体解析の圧力の安定性の検討をさらに進めて行く．自由表面問題で流体解析の安定化に対する精度の検証を行う．さらに，浮体構造物が受ける圧力の変動について解析を進めて行く．また，具体的な波力発電設備について，SPH 法と渦法のプログラムにおいて同様の例題を解析することにより，プログラムの検証を進めて行く．
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| Causes of Carryover |
前年度の繰り越しがあり，fortranコンパイラと，汎用有限要素法ソフトのライセンス料にあてたが，国内旅費を科研費で充当しなかったため部分があるために繰り越しが生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額として申請した助成金は，H29年度において，fortranコンパイラのライセンス料，および研究成果をV International Conference on Particle-Based Methods, Particles 2017, (Hannover, Germany)等で発表予定なので，これらに使用する予定である．
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