2021 Fiscal Year Research-status Report

Development of a 6-degrees-of-freedom trajectory simulator for the risk assessment of flying debris caused by explosions

Research Project

Project/Area Number	21K03880
Research Institution	Toyama Prefectural University
Principal Investigator	坂村芳孝富山県立大学, 工学部, 教授 (00264680)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords	数値流体力学 / 飛散物 / 衝撃波 / 圧縮性流れ / 6自由度運動 / OpenFOAM / 重合格子
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，剛体の6自由度運動方程式と流体運動の支配方程式とを連成して解析する数値シミュレーターを開発し，爆発によって生じる飛散物の危険度評価に資するツールを提案することを最終的な目的とするものである．令和3年度に実施した主な研究は，以下に示すとおりである．（１）OpenFOAM(v1706)に実装されている重合格子機能を用いて，管内を伝播する衝撃波との衝突によって運動する直方体形状物体の軌道シミュレーションを行い，同様の条件下で実施した衝撃波管実験の結果と比較することで，数値シミュレーションの精度を検証した．その結果，衝撃波と衝突後の物体の運動を予測できることを確認した．さらに，その成果を国際学術雑誌上で発表した．（２）OpenFOAM(v1712)の重合格子機能の精度検証のため，解析解が存在する2次元ダイヤモンド翼型周りの超音速流れを対象とする数値シミュレーションを行った．その結果，OpenFOAM(v1712)の重合格子計算が妥当な格子収束性を有することが確かめられた．（３）OpenFOAM(v1712)を用いて，平面衝撃波が衝突した矩形物体の回転運動の数値シミュレーションを行い，物体とともに運動する重合格子の領域サイズが物体の回転運動に及ぼす影響を調べた．その結果，回転運動は重合格子の領域サイズの影響を受けて変化すること，物体の代表長の1/2程度の領域に重合格子を配置することで回転変位は一定値に漸近することが明らかになった．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 数値シミュレーションコードの開発は当初の予定どおり進めることができたが，コロナウィルスの感染拡大を受けて学内への立ち入りが制限された期間が長く存在したため，可視化実験の準備が遅れている．
Strategy for Future Research Activity	遅れている可視化実験の準備を進めるとともに，３次元的な飛散物の軌道シミュレーションコードの開発を行う．