2005 Fiscal Year Annual Research Report
粒子法による大波高波浪中の船舶運動の数値解析に関する研究
| Project/Area Number |
17560703
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
越塚 誠一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (80186668)
|
|---|
| Keywords | 船体運動 / 粒子法 / 回転角 / クオータニオン / MPS法 / 流体解析 / 自由表面 / 波浪 |
|---|
| Research Abstract |
本研究の目的は、粒子法を用いて大波高波浪中の船体運動の数値解析手法を開発するとともに、実験との比較をおこなってその手法の有用性を評価することである。平成17年度は、(1)船体の大運動の計算手法の開発、および、(2)上記手法のMPS流体解析手法への組み込み、をおこなった。
(1)船体の大運動の計算手法の開発
船体の大運動については、回転角の3自由度が非線形であり、これをどのように計算するかが重要である。本研究ではクオータニオンを回転角の自由度として採用した。クオータニオンは4変数に1拘束条件が付加されることで3自由度となっている。オイラー角と比較すると、特異点が無いという利点があり、数値計算に適している。これに従来どおりの並進の3自由度を加えることで6自由度の剛体としての船体運動を表現できるようになった。
(2)上記手法のMPS流体解析手法への組み込み
MPS(Moving Particle Semi-implicit)法では流体は流体粒子により、船体は剛体粒子により計算する。流体粒子の運動方程式は、Navier-Stokes方程式に対してMPS法の離散化手続きを経ることよって得られる。船体を表す剛体粒子は、各時間ステップで2段階で計算をおこなう。まず第1に、剛体粒子を流体粒子と全く同じに扱って流体としての計算をおこなう。これによって、流体から剛体が受ける力を、各剛体粒子の受ける加速度から評価できる。ただし、剛体粒子は全体として1個の剛体の運動に従わなければならない。そこで、第2段階として、1個の剛体としてのまとまった運動になるように、各剛体粒子の速度と座標を修正する。ここに上記(1)の計算法を導入した。
このようにして、従来のMPS法流体解析手法に船体の大運動を連成して解析する手法を確立することができた。
|
