2020 Fiscal Year Research-status Report
実海域での自由水の複雑挙動と流体・船体構造の非線形強連成シミュレーション手法開発
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19K04869
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
大橋 訓英 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (10462871)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自由水 / 流体構造連成 / 重合格子手法 / 移動格子手法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
主船体の不規則運動を想定した加振を移動格子法により与えることで、不規則運動中でのスロッシングについて検討した。矩形型のLNGタンク形状を選定し、修正型Pierson-Moskowitz式による周波数スペクトルと周波数応答関数から運動の振幅を導出し、各時刻において所定の周波数領域で積分することでタンクに与える運動を求めた。周波数スペクトルの分割数について調査後、タンク内壁の圧力とタンクにかかる流体力の時刻歴から周波数解析を行った。タンクにかかる流体力については加振周波数ではなく、タンク内流体のスロッシングの固有周波数タンク内の流体のスロッシングの固有周波数の次数でピーク値をとり、タンクにかかる横力では3次の固有周波数まで見られることを確認した。タンク内壁の圧力については、静止時に水面上にある位置ではスロッシングに伴う衝撃圧を確認でき、大きさは概ね規則運動を与えた場合と同程度であることが分かった。静止時に水面下にある位置では不規則な変動を確認でき、周波数解析を行った結果、スロッシングの固有周波数でピーク値をとるとともに流体力では見られなかった2次の固有周波数での振幅の山も確認された。次に複数タンクと主船体を連成させる計算手法を構築した。複数タンクと主船体の格子生成には格子配置や複雑形状の扱いに優れた重合格子手法を適用した。主船体の運動方程式において、タンク内の自由水による荷重を外力として考慮し、運動方程式から得られる変位量を格子変形と移動格子法により保存則を満たした手法で考慮した。開発した手法を実験結果を有する箱型浮体のケースに適用した。浮体内部には複数の矩形タンクがあり、浮体真横から規則波が入射する条件で、波長を変更した計算により、浮体及び自由水の運動の周期と入射波の周期の関係性について調査した。
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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
主船体の不規則運動を想定した加振を移動格子法により与えることで、不規則運動中でのスロッシングについて調査し、タンク内壁の圧力とタンクにかかる流体力の時刻歴の周波数解析から、タンク内流体のスロッシングの固有周波数の次数でピーク値をとり、タンクにかかる横力では3次の固有周波数まで見られること、タンク内壁の圧力でも固有周波数でピーク値をとるとともに流体力では見られなかった2次の固有周波数での振幅の山があらわれることを確認した。次に複数タンクと主船体を移動格子法と重合格子手法で連成させる計算手法を構築した。タンク内の自由水による荷重を外力として考慮し、運動方程式から得られる変位量を格子変形と移動格子法で考慮した。浮体内部には複数の矩形タンクがあり、浮体真横から規則波が入射する条件のもと、波長を変更した計算により、浮体及び自由水の運動の周期と入射波の周期の関係性について調査した。計画通りに進んでおり、国内学会での発表2件と国際学会での発表2件、加えて、国内学会及び国際学会それぞれでの発表1件がアクセプトされている状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
自由水の挙動から主船体の運動及び主船体の構造応答まで全てを連成させ、全体荷重及びスロッシング等による局所荷重を全て同時に推定できる手法を構築する。主船体の構造応答にはモード法を適用し、時間精度を有する一貫した計算手法を開発する。自由水の複雑挙動－主船体の運動と粘性流場－構造応答の相互干渉を解析し、干渉の要素抽出によりタンク内の自由水・主船体の運動と粘性流場から構造応答までに至る複雑挙動のメカニズム解明に取り組む。多数の計算パラメータによる計算時間の問題が発生するが、重合格子により必要な領域に計算格子を効率的に集中して配置し、並列計算手法により計算時間を短縮する。
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| Causes of Carryover |
主要学会がオンライン開催になったことにより、旅費を使用する必要がなかったため。
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