2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Dynamics of Drilling Pipe by Unsteady Magnus Effect
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19H02359
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
鈴木 博善 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00252601)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 朝哉 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 研究プラットフォーム運用開発部門, 主任研究員 (10359127)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ドリルパイプ / マグナス効果 / ANCF / 挙動推定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，潮流の時間的・空間的な変動やドリルパイプの運動による3次元的性質を有する非定常なマグナス効果によるドリルパイプ変形の時間的変動の予測法の確立を目的とする．
今年度は，1）ドリルパイプの運動に関する模型実験，2）模型スケールでのANC法による計算、計算法の評価・改良．3)地球深部探査船「ちきゅう」でのドリルパイプの変位計測（前半）を計画していた．
このうち，1）について，大阪大学船舶海洋試験水槽において3mの模型ドリルパイプに関し，ドリルパイプの変位およびドリルパイプに作用する流体力の同時時系列計測法を構築し，これらの計測を実現した．この結果，ドリルパイプに作用する揚力成分，抗力成分および接地力の時系列，ドリルパイプの変形の時系列を取得することができた．2）については，このように取得したデータと，現状のANCFによる計算結果を比較したところ，変形が十分に再現できなていないことがわかった．そこで，これまで，計算上はドリルパイプは回転せず，流体力に抗力とマグナス力による揚力を考慮する方法でドリルパイプの変位推定を行っていたが，a)与える流体力の表現方法の変更，b）ドリルパイプ自体の回転を考慮することにより，ドリルパイプの変位推定精度の向上を目指したが，まだ不十分であることがわかり，さらなる改良が必要であることがわかった．3）については，昨今の新型コロナウイルス感染症の大流行が思いのほか長引き，地球深部探査船「ちきゅう」の出航回数も大きく制限された上．「ちきゅう」への乗船はおろか訪船すら難しい状況が続いた．この結果，少なくとも今年度の実船での計測準備は諦め，従来の掘削航海での、掘削同時検層のデータ、掘削機器データ、ドリルパイプ振動データ、船体挙動データ、潮流データの抽出を試みたが，これらのデータも基本的には「ちきゅう」上に存在するため，困難を極めた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前述のように，本年度では，地球深部探査船「ちきゅう」での実船計測の準備／試計測あるいは，既計測データから，本研究に使用できるデータの抽出することも目的としていたが，新型コロナウイルス感染症の大流行が思いのほか長引いており，十分な成果を得ることができなかった，一方，大阪大学船舶海洋試験水槽でのドリルパイプ模型の時系列での変位計測および流体力計測は，予定を上回る成果が得られた．ANCFによる模型ドリルパイプ変位の変動推定については，今一歩というところであるが，少なくとも問題点の切り分けはすることができているので，今後の発展は期待できる．
以上を勘案し，研究の進捗状況については，（3）の「やや遅れている」とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点で，新型コロナウイルス感染症の流行状況や，社会の対応状況がどのように変化するかわからないので，はっきりしたことは言いにくいものの，実機ドリルパイプに関するデータについては，少なくとも比較的自由に「ちきゅう」訪船が可能になった暁には，前述した「従来の掘削航海での、掘削同時検層のデータ、掘削機器データ、ドリルパイプ振動データ、船体挙動データ、潮流データの抽出」を行い，データの取得を行いたい．
一方，模型スケールでのドリルパイプのANCFによる挙動推定について，改良すべき点はわかっているので，さらなる改良を行い，推定精度を改良した上で，実機での変動挙動の推定を実施したい．
さらに，模型ドリルパイプの変動変位計測について，その素材として，テフロン管とアクリル管を用いていたが，テフロン管では変位が大きすぎ，アクリル管では，変位が小さすぎるため，適度な曲げ剛性を有する素材を調査し，再度模型試験を実施したいと考えている．可能であれば，水槽で非定常流場の再現を行い，ドリルパイプ模型の非定常流れ中における非定常挙動の計測を行い，これを変位推定法で再現できるかを含め，実施したいと考えている．
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