2019 Fiscal Year Annual Research Report
Motion analysis of a flexible structure in water considering air flow in the structure
| Project/Area Number |
18H01633
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
北澤 大輔 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30345128)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 毅郎 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (30771505)
李 僑 東京大学, 生産技術研究所, 特任研究員 (40832340)
韓 佳琳 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40814877)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 海中浮沈技術 / 可撓性構造物 / 内部空気流れ / 流体・構造連成 / 水槽模型実験 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
可撓性ホースネットを等価な一本の可撓性ホースで近似し、非線形の有限要素法を用いて2次元の静的変形解析を行った。可撓性ホースネットにおけるホースの設置密度を給気側で高くしているため、給気側では可撓性ホースの直径を大きくし、給気側と反対側では可撓性ホースの直径を小さくすることによって浮力の調節を行った。給気量と可撓性ホースの変形との関係について、2018年度に実施した水槽模型実験の結果と比較した結果、数値解析によって可撓性ホースの2次元形状の変化を概ね再現できることを確認した。また、可撓性ホースネット模型のまわりに箱網模型を配置して、可撓性ホースネットと箱網との相互干渉を調べるための水槽模型実験を実施した。まず、小型造波回流曳航水槽において、小型の可撓性ホースネットと箱網の模型を設置し、給排気による可撓性ホースネット模型の浮上、沈下実験を行うことにより、大型水槽における実験のための模型の製作方法や実験の実施方法について検討した。次に、風路付き造波回流水槽に縮尺比1/30の模型を設置し、変化する流速を与えながら、給排気によって可撓性ホースネットを浮上、沈下させた。可撓性ホースネットの運動については、水槽壁のガラス面を通して内部の様子をデジタルビデオカメラで撮影することによって解析を行った。その結果、可撓性ホースネット模型の一部と箱網模型との接続を工夫することによって、両者の間のギャップを小さくして、魚の収穫効率の向上が期待されることが分かった。さらに、2020年度には可撓性ホースネットのスモールユニットを製作して実海域で浮沈実験を行う予定にしているが、その際に可撓性ホース間や係留ロープ内の張力を計測するため、水中張力計の仕様を検討、決定し、発注と納品を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2018年度に実施した水槽模型実験の結果を解析するとともに、可撓性ホースネットを一本の可撓性ホースで近似し、非線形の有限要素法を用いて2次元の静的変形解析を行った。その結果、数値解析によって可撓性ホースの2次元形状の変化を概ね再現できることを確認し、これらの成果を国際会議や国内会議で発表した。また、可撓性ホースネット模型と箱網模型の相互干渉を調べるための水槽模型実験を予定通り実施し、魚の収穫効率を向上させるための方策が得られた。さらに、可撓性ホース間や係留ロープ内の張力を計測するための水中張力計を予定通り納品することができた。したがって、全体としては、おおむね順調に進展していると言える。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、可撓性ホースネットのスモールユニットを製作する。特に、実海域においても水密を確保できるように、接着方法を慎重に検討しながら、可撓性ホースとコネクターを結合することによって整形する。可撓性ホースネットのスモールユニットの挙動や張力を計測するために、複数の深度計と水中張力計を取り付ける。実海域にスモールユニットを設置し、コンプレッサーからの給気、あるいは自然排気によって、スモールユニットの浮上、沈下実験を実施する。スモールユニットの近傍に電磁流速計や波高計を設置することにより、流向・流速や波高も併せて計測する。また、一定期間実験を繰り返すことによって、スモールユニット、特に結合部の耐久性を調べる。数値解析モデルとしては、可撓性ホース内の空気の流動を考慮に入れた可撓性ホースネットの挙動モデルを開発する。可撓性ホース内の空気の流動は1次元で計算を行い、外圧によって可撓性ホースの直径が変化するものとする。最後に、数値解析モデルの結果を既存の水槽模型実験の結果、およびスモールユニットの実海域実験の結果を用いて検証する。
|
