2021 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of fluid-structure-thermal interaction induced by pulse power input
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19K04087
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
因幡 和晃 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (00408725)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 流体構造連成 / キャビテーション壊食 / 板理論 / サーマルストライピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年数値解析技術が向上してきており，流体構造連成問題およびさらに複雑な熱流体構造連性問題の研究が数多くなされている．本課題では，熱の影響を無視できない材料を用いて，流体から固体または固体から流体へと波動が伝播する連成現象の解明と極限事故に適用可能な境界条件の提案を目指し，固体表面状態の影響や固体の種類を変えて固液連成界面における波動伝播現象の学理を確立することを目的としている．
固体板表面近傍での気泡崩壊現象の解明に向けて剛体，自由表面，金属，高分子など様々な材料を用いた数値解析を行った．固体表面における損傷は，気泡がつぶれる際に生成する衝撃波とジェットが壁に衝突して作用する衝撃力が重畳して，疲労が生じることで損傷の起点となることが報告されている．固体壁に作用する衝撃荷重を材料の塑性変形を考慮した数値解析を行って求め，固体壁の荷重履歴を時間周波数分析を行うことで，気泡の固有振動数と衝撃力が固体中を伝播するのに要する振動数が支配的となることを見出すとともに，固体壁と流体の音響インピーダンスの比により，衝撃荷重が概ね予測できることを示した．
また，円形や矩形の薄板や厚肉板の空気中での自由振動特性の理論式を発展させて，流体と接する構造物の自由振動特性を予測するための理論式を構築し，流体と接する構造物の過渡的応答と衝撃力を推定するための理論モデルを導出し，数値解析結果と比較して提案した理論式と衝撃力推定方法の妥当性を確認するとともに，様々な材料や寸法での振動現象について明らかにした．また，過渡応答について実験と比較することで理論モデルの有効性を確認した．さらに，機能傾斜材料の自由振動特性の理論式を導出し，有限要素解析結果と比較して理論の妥当性を確認するとともに，サーマルストライピングなどで問題となる熱・流体・構造連成問題について，疲労に関する考察を行った．
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Research Products
(6 results)
