2015 Fiscal Year Annual Research Report
損傷船舶の先進的安全性評価に資する数値シミュレーション手法の構築
| Project/Area Number |
25289317
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
橋本 博公 神戸大学, 海事科学研究科(研究院), 准教授 (30397731)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末吉 誠 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (80380533)
梅田 直哉 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20314370)
河村 昂軌 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (80757724)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 損傷時復原性 / 浸水シミュレーション / 粒子法 / MPS陽解法 / GPGPU / 水槽試験 / 自動車運搬船 / 計算領域分割法 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
損傷破孔からの船内区画への浸水予測に用いるMPS陽解法の数値計算コードについて、NVIDIA社が提供するCUDA開発環境を用いてGPUを利用した大規模計算を可能とする計算コードの開発を行った。このGPGPU計算コードを用いた損傷部の浸水計算および流体力推定とストリップ法に基づく非損傷部の流体力推定を組み合わせることで、複雑な損傷浸水状況下での船体動揺を高速にシミュレートすることが可能となった。開発した計算コードを用いた数値シミュレーション結果と昨年度に実施した船内の車両甲板区画をアクリルで再現した自動車運搬船模型に対する水槽試験との比較により、大規模浸水時の過渡的な船体動揺と浸水状況について、ほぼ定量的な予測精度を有することを確認した。
さらに、数値計算の前処理作業に該当する壁粒子の生成に関して、損傷区画を有する船体のような複雑物体形状に対しても壁粒子を効率よく配置できるように、CADデータを用いて物体表面を三角形ポリゴンメッシュで表現し、このメッシュを用いた壁粒子の自動生成法を開発した。本手法ではメッシュの重心位置への粒子配置を行い、付属情報として法線ベクトルと面積を各壁粒子に保持させる。この方法で壁粒子の生成を行った場合、元々の三角形ポリゴンメッシュが不均一であり、壁粒子の配置には粗密が生じるため、従来の壁境界条件では正しく計算がなされない。そこで、ミラー粒子を用いた鏡面壁境界条件と組み合わせることで壁粒子の粗密に起因する問題を解決した。
以上のGPUコンピューティング技術にもとづく計算速度の飛躍的な向上と鏡面壁境界条件の導入による壁粒子生成の自動化を達成したことにより、船内区画への複雑な浸水状況や船体動揺を高精度かつ実用的な計算時間でシミュレートすることが可能となった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
GPUに搭載された大量のCUDAコアを用いた並列計算が実行可能となり、従来のCPUコードに比べて計算速度が飛躍的に向上した。これと同時にミラー粒子を用いた鏡面壁境界条件と三角形ポリゴンメッシュからの壁粒子の自動生成を組み合わせることで、内部区画を有する船体のような複雑物体形状に対しても高速な前処理が可能となった。これらの成果により、損傷船舶の過渡的応答や区画内への浸水状況を実用的な時間内でシミュレートすることが可能となり、最終年度の定量的な精度検証に向けて数値シミュレーション手法の構築がほぼ完了したと考えられるため。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでに構築した損傷浸水時の船体動揺シミュレーション手法の定量的な評価を行うため、デッキを含めて内部区画を再現した大型クルーズ客船の模型を用いて、損傷時復原性の確保が厳しくなる船首部と船体中央部の水密区画を対象に、内部への浸水が発生した際の船体動揺の計測を行う。浸水実験は模型船を完全に自由とした状態にて実施し、浸水滞留水と船体運動との相互作用、最終的な平衡姿勢などについて計測を行う。この模型実験と同条件にて、損傷時の船体動揺シミュレーションを実行し、区画内の浸水状況や船体の過渡的運動、浸水時間や最終平衡状態などについて比較検証することで、数値シミュレーションの予測精度を確認し、必要に応じて適宜改良を加えることで船舶の浸水時動揺問題に対する先進的なシミュレーション手法として確立する。
|
| Causes of Carryover |
少額であり次年度に繰り越す方が効果的な使用が可能であるため
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験用特注品の購入等に使用する予定である
|
