2019 Fiscal Year Research-status Report
水害防護対策工の信頼性向上のための大規模水害シミュレータの開発
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17K01334
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| Research Institution | Hiroshima Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田中 聖三 広島工業大学, 工学部, 准教授 (10439557)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高瀬 慎介 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00748808)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 津波伝播解析 / 界面捕捉法 / Phase-Field 法 / Discontinuous Galerkin法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究に続き，高精度自由表面流れ解析システムの構築を行った．界面捕捉法で必要となるDiscontinuous Galerkin (DG) 法による移流方程式の解法の開発を行ったが，開発においてアンダーシュート・オーバーシュートが発生し，このことが水の質量保存に対して大きく精度を下げることが分かった．これは界面捕捉法において，水と空気の領域は，0から1の界面関数で定義され，その定義を超えた値(オーバーシュートおよびアンダーシュート）となってしまうと，その値を0から１の間に修正する必要がある．つまり，値が1を超えた節点では1に，0を下回った節点では0に修正する必要がある．この場合，質量を保存するように修正することが必要であるが，その方法を開発することは難しく，この誤差そのものを無くす(または可能な限り小さくする)ことが現実的である．
そのため，移流方程式からPhase-Field法で用いられるAllen-Cahn方程式に変更した．Phase-Field法は，純粋な移流方程式に対し，界面幅を定義したモビリティ項が追加された形式となる．Phase-Filed法のモビリティ項には連続的に変化する気液界面を滑らかにする効果と界面幅を一定に保つ鋭敏化する効果があり，これにより，安定な解を得ることができる．この基礎式の変更は，移流型方程式からLocal Discontinuous Galerkin (LDG) 法を適用した．Phase-Field法を導入することにより，オーバーシュートとアンダーシュートを抑制することが可能となった．しかし，全ての不安定性を除去することはできず，今後はSlope Limiter処理などを導入し，オーバーシュート・アンダーシュートを除去する必要がある．また，同時にこのDG法の3次元解析プログラムを作成し，その動作確認，精度検証を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
自身の所属の異動もあり，3次元のメッシュ構築法の開発が遅れている．また，体積保存性の改善として導入したdiscontinuous Galerkin法でもオーバーシュート，アンダーシュートに起因する誤差の発生を確認した．(continuous Galerkin法の結果よりは少ない誤差ではあるが．) この誤差を削減するため，基礎方程式の変更を行い，その検討を行ったことも全体スケジュールの遅れとなっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
早急に3次元のメッシュ構築手法の開発を行い，3次元次自由表面流れ解析手法と剛体の連成解析プログラムに実装を行う．浮体問題において解析手法の妥当性を検討し，妥当性を示すことができれば，漂流問題への適用を試みる．
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| Causes of Carryover |
自身の所属異動もあり，出張計画が難しかったことが1点であり，もう1点は参加予定にしていた国際会議がCOVID-19の影響で開催延期となったことが次年度使用額が生じた理由である．
次年度でもCOVID-19の影響は引き続き考えられるため，リモートで研究を遂行できるようサーバーやストレージの強化に使用する予定である．
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