2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of numerical method and wind tunnel experiment to evaluate flying behavior and impact force of wind-borne debris
| Project/Area Number |
18H01527
|
|---|
| Research Institution | Nihon University |
|---|
Principal Investigator |
野村 卓史 日本大学, 理工学部, 教授 (50126281)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 昭仁 東京工芸大学, 工学部, 教授 (90329219)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 風災害 / 飛来物 / 衝撃力 / 数値流体解析 / 風洞実験 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
１．飛来物の飛翔解析のためのALE 有限要素法に基づく構造流体相関解析法
飛来物の3次元回転運動を扱うために独自の3次元球状スライディングインターフェースを開発している。今年度は球状内部解析領域と外部解析領域との間の球面インターフェースの相互マッピング方法を実現した。また衝突解析のためのALE法のメッシュ変形パターンを検討し，飛来物が地物に衝突するときに飛来物周囲のメッシュを扁平に圧縮される変形パターンを従来の線形パターンからスプライン曲線を利用するパターンに変更した。その結果，扁平になった有限要素のヤコビアンが負になって解析不能になることを大幅に減じることができた。
２．飛来物の飛翔と衝撃力に関する風洞実験
本研究の風洞実験では4隅を圧電型ロードセルで支えたアルミニウム板に飛来物模型が落下し，衝撃力を測定する。圧電型ロードセルが測定する信号は模型の落下位置によって変わるので，落下位置を同定するための衝突位置評価関数を予め作成する必要がある。本研究をスタートする前の準備段階では線形の評価関数を作成したが，本年度は基礎的なデータを取り直して2次の評価関数を作成した。これによって落下位置の同定精度の向上が見込まれる。従来のアルミ板は20cm x 10cm の大きさだったが，大型の実験模型に対応するために40cm x 20cm のアルミニウム板を用いて衝撃力を測定する実験を実施し，小型のアルミニウム板と同様に衝撃力の測定ができることを確認した。また気流内で模型をリリースする方法に真空ポンプを用いるという着想を得た。これによって模型が飛翔を開始するときに不要な回転運動をすることがなくなり，実験方法の質的に向上することができた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．飛来物の飛翔解析のためのALE 有限要素法に基づく構造流体相関解析法
この解析法の特徴は，飛来物とともに飛翔する外部解析領域内に球形の内部解析領域を組み込み，2つの解析領域を3次元球状スライディングインターフェースで接続することによって回転運動しながら飛翔する飛来物の飛翔挙動を解析するところにある。この解析法の構成要素において，飛来物を包含する内部解析領域が飛来物の回転運動とともに回転する状況の構造流体相関解析法と，飛来物とともに飛翔する外部解析領域に関する構造流体相関解析法についてはすでに完成し，それぞれ基本的な検証解析を完了している。残る構成要素である3次元球状スライディングインターフェースについて，前項に記述したように実現に必要な相互マッピング方法を初年度に開発した。残る要素は2つの解析領域と負ライディングインターフェースの3組の有限要素方程式を同時に解くところであり，第2年度内に達成できる可能性が高いと判断している。
２．飛来物の飛翔と衝撃力に関する風洞実験
大型模型を使った飛翔実験と衝撃力の測定をするための準備段階として測定系を含む実験装置に関する準備を初年度に予定どおり進めることができた。第2年度では3D プリンタを購入して実験模型を製作し，風洞実験に着手する予定である。
このような進捗状況でありおおむね順調に進展していると判断している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
第2年度は前項に記述した研究課題を推進し，剛体の飛来物に関する構造流体相関解析法と風洞実験のそれぞれにおいて成果を挙げることが見込まれる。剛体の飛来物に関する構造流体相関解析法の開発にめどがついた段階で，膜構造・シェル構造の飛来物を解析できるよう解析法の改良に進む予定であり，風洞実験も模型も膜構造・シェル構造を対象としていく。
|
