2019 Fiscal Year Annual Research Report
An advanced practical calculation method for maneuvering in waves, seakeeping performance, and structural responses of ships
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17H01357
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
柏木 正 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00161026)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩下 英嗣 広島大学, 工学研究科, 教授 (60223393)
胡 長洪 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (20274532)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 波浪荷重 / 船体表面圧力分布 / 非線形流体力 / 波浪中操縦性能 / 波浪定常流体力 / 船舶耐航性能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．船体表面での非定常圧力分布の計測実験： FBG (Fiber Bragg Gratings) 圧力センサの数を船首フレア部分において昨年度から更に増やし（船体片側343個），RIOSバルク船模型に働く船体表面圧力分布の非線形時刻歴を計測した。この圧力分布の計測結果を用いて，今年度は特に縦曲げモーメントの非線形性に焦点を当て，サギング・ホギングモーメントの最大値の船体長手方向分布を実験値のみから求めた。これは世界で初めての成果である。またCFDによって実験に対応する数値計算を行い，サギング・ホギングモーメントにおける非線形特性が実験結果とほぼ一致していること，前進速度影響によって縦曲げモーメントが最大となる横断面位置が船体中央より船首側へシフトすること，などを明らかにした。これらの研究成果は国際ジャーナル論文として投稿した。
２．波浪中での船舶操縦性能に関する新しい計算法の開発研究： 波浪中での旋回運動に関する計測結果と計算結果の比較・考察から，船の波浪中旋回航跡に大きな影響を与えるのは波浪による定常横力であり，しかも現状の定常横力の計算法には横流れの影響が考慮されていないためであることが分かった。それをEUT(Enhanced Unified Theory)による理論計算法の枠内で実用的に計算する方法について検討し，その妥当性を確認するために，水槽実験によって定常流体力への横流れ影響を調べた。
３．CFD 手法による大規模数値計算に関する研究： 超高並列性を有する新しいCFD手法に関する研究を行った。まず，これまで開発してきた直交格子法について並列計算機での計算効率を向上させた。次に，流体・構造連成解析に対する次世代CFDソルバーの開発を目指して，計算効率と計算精度の向上が両立できる高次精度Flux Reconstruction法に関する研究を行い，その性能を比較した。
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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
FBG圧力センサーを用いた船体表面での非定常圧力分布の計測実験で，水温・気温差が大きい時に計測結果がばらつく問題を解決するために各種の努力を試みたが，本質的な解決には至らなかった。しかし，温度差が少なくなる夜間に計測を行うなどの「苦肉策」によって計測は無事終了し，学術的に大変価値のある実験データを得ることができた。このデータから船体表面での圧力分布の時刻歴が再現できるので，適切な積分を行うことで，波浪荷重（縦曲げモーメント）の分布や抵抗増加分布を求めることができ，しかも時刻歴なので非線形影響を調べることも可能になっている。これは，波浪中での船舶流体力学に関する現象の物理的な理解に大きく貢献する画期的な成果である。また，コマーシャルソフト(FINE/Marine)を使った数値流体力学（CFD）による数値計算も実行したので，実験と数値計算の両面から流体力学的な考察を行うことが可能となった。これによって国際ジャーナル論文も書くことができた。
波浪中での船舶操縦運動の研究に関しては，波浪定常流体力に対する旋回運動中の横流れ（斜航）の影響を考慮できるようにすることが重要な研究課題となっており，それを実用的に計算する方法についても進捗があった。しかし，その妥当性を検証するための水槽実験結果に不具合があるようで，次年度に再実験を行う必要がある。
大規模数値計算手法による流体・構造連成応答の研究に関しては，超高並列性を有する新しいCFD手法に関する研究を行い，幾つかの成果は得られつつあるが，まだ国際ジャーナル論文を書く状態には至っていない。次年度には流体・構造連成解析の次世代CFDソルバー開発を目指して，計算効率と計算精度の向上が両立できる高次精度流束再構築（Flux Reconstruction）法の確立を目指して研究を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
FBG圧力センサーを使った船体表面での非定常圧力分布の計測実験は，可能ならば斜波中での計測を実現させたい。斜波中での圧力計測は，CFDによる数値計算精度の検証だけでなく，斜波中での波浪荷重の算定，流体・構造連成の研究にとっても新たな研究手法を提供できるので，学術的に非常に重要である。このためには，角水槽を有する施設に共同実験などの依頼をしなければいけないが，その努力を行う。
また，波浪中での操縦運動の新たな計算法の開発に関しては，CFDによる数値シミュレーションを行い，波浪定常流体力に対する横流れ角の影響に関しては，水槽実験も再度行う予定である。それによってEUTをベースとした実用計算法を完成させる。
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Research Products
(14 results)
