2020 Fiscal Year Research-status Report
Dynamic cavitation inception on the solid-fluid interface with fluid-structure interaction
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18K13662
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
小島 朋久 中央大学, 理工学部, 助教 (70802734)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | キャビテーション / 波動伝播 / アナロジー / 破壊 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
流体機械の寿命評価においてキャビテーションの発生予測は極めて重要である．本研究では固体の破壊力学におけるき裂の生成と進展のアナロジーを圧力波動の伝播に伴うキャビテーション気泡の生成と波面伝播に適用することで，動的キャビテーション波面発生を予測する新しい学理を創出することを目指している．
令和2年度には前年度までに行った実験結果と数値解析結果を統合して考察し，構築した力学モデルの検証と発展を行った．固体の破壊力学におけるグリフィスのエネルギ平衡の導出過程を参考にして，圧力変動に起因して流体が圧縮されることにより流体自体に蓄えられるエネルギを理論に含めることにより，前年度までに構築された力学モデルを改良した．内部に気泡を有する流体が圧力波動の伝播に伴う高速な圧力変動により圧縮される際に蓄えるエネルギを固体の弾性論における内部に内圧を受ける球かを有しかつ外圧を受ける弾性固体の3次元弾性変形を参考にして導出できる可能性を示した．
前年度までの実験結果および数値解析結果に基づいてさらに数値解析を行い，固液連成界面を透過して伝播する圧力波動の伝播挙動および圧力波動の伝播に伴う気泡周りの圧力変動をより詳細に明らかにした．さらにキャビテーションの生成を実装した数値解析モデルを構築し，前年度までの実験結果と比較し検討した．また圧力波動を伴わない流れにおけるキャビテーションを伴う流体解析を行い，構築したモデルの適用可能性を調査した．
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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
令和2年度には前年度までに行った実験結果と数値解析結果を統合して考察し，以下の3つの面で目標を達成した．
①前年度までに構築した力学モデルの改良．固体の破壊力学におけるグリフィスのエネルギ平衡の導出過程を参考にして，圧力変動に起因して流体が圧縮されることにより流体自体に蓄えられるエネルギを理論に含めることにより，前年度までに構築された力学モデルを改良した．内部に気泡を有する流体が圧力波動の伝播に伴う高速な圧力変動により圧縮される際に蓄えるエネルギを固体の弾性論における内部に内圧を受ける球かを有しかつ外圧を受ける弾性固体の3次元弾性変形を参考にして導出できる可能性を示した．
②数値解析による圧力波動の伝播による圧力変動のより詳細な把握を行い，固液連成界面を通過して伝播する圧力波動の伝播挙動および圧力波動の伝播に伴う気泡周りの圧力変動をより詳細に明らかにした．さらにキャビテーションの生成を実装した数値解析モデルを構築し，前年度までの実験結果と比較し検討した．
③圧力波動を伴わない流れにおけるキャビテーションを伴う流体解析モデルを構築し，構築した力学モデルの適用可能性を調査した．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在，本研究にて得られた成果を査読付き国際学術誌へ投稿するために論文を執筆しており，令和3年度には論文投稿を行い，得られた成果を広く公表する予定である．
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| Causes of Carryover |
本研究にて得られた成果を査読付き国際学術誌へ投稿する予定であったが，原稿の執筆に遅れが生じ，現在執筆中である．令和3年度には論文投稿を行い，得られた成果を広く公表する予定である．
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