2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of numerical method and wind tunnel experiment to evaluate flying behavior and impact force of wind-borne debris
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18H01527
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
野村 卓史 日本大学, 理工学部, 特任教授 (50126281)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 昭仁 東京工芸大学, 工学部, 教授 (90329219)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 風災害 / 飛来物 / 衝撃力 / 数値流体解析 / 風洞実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では風災害において被害を甚大にする要因の一つである飛来物について焦点をあて、その飛翔挙動と衝撃力を評価するための数値解析法を開発することを主たる目的としている。本年度の研究実績は以下のようにまとめられる。
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と衝撃力の評価法：飛来物とともに流体解析領域が移動する解析モデルにおける相関解析アルゴリズムと衝撃力評価について独自の手法を開発しており、任意形状の飛来物を扱うことができる。解析法の基礎的な特性は独自の風洞実験とも照合している。飛来物の形状や重量バランスによっては飛翔中に複雑に回転するため、飛来物とともに移動する外部解析領域内に飛来物まわりの球状内部領域を配置し、内外領域間の流速・圧力を連続させる3次元球状スライディングインターフェースの開発と改良を進めた。インターフェースの定式化は Nitsche法を発展させたBazilevs の方法に基づき、球状界面上で内外変数を相互投影する方法に独自のアルゴリズムを開発した。特にトラクションの接続条件とペナルティ法による接続条件との理論的な位置づけについて Nitsche 法に遡った検討に注力し、パラメトリックな解析を実施して2つの接続条件の相互補完性と計算効率への影響に関する成果が得られた。
２．IGA (Isogeometric Analysis)による薄肉構造解析法：本研究の解析法は有限要素法に基づいているので任意形状の飛来物を解析対象とすることができるが、近年の風災害では、屋根ふき材などの板状物体や空気膜構造の大型遊具などの被害が発生している。これら膜状構造、板シェル構造を扱えるようにするため、IGAに基づくシェル構造解析法の開発を進めた。今年度は空気膜遊具について CAD データから直接 IGA モデルを構築する過程を開発した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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