2014 Fiscal Year Research-status Report
氷海域で構造物と干渉する氷片群に作用する流体力の把握とモデル構築
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26420830
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
金野 祥久 工学院大学, 工学部, 准教授 (60322070)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北澤 大輔 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (30345128)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 極地工学 / 氷海船舶 / 北極航路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、船舶または海洋構造物と多数の氷片とが干渉（衝突、摩擦等）する状況で氷片群が構造物に及ぼす荷重（氷荷重）を推定し、氷海構造物の性能と安全性、必要推進力等を評価する手段を提供することを最終的な目標とし、自由表面に浮遊する氷片群中の個々の氷片に作用する流体力を定量的に把握し、数値解析に利用できる流体力モデルを構築することを本研究の具体的な目的とする。平成26年度は水槽実験装置の改造により氷荷重計測実験に必要な計測精度を確保すること、浮遊する物体に作用する流体力の文献調査を目的として研究を実施した。
既設の小型造波曳航水槽を改造し、三分力検出器により模型船舶に作用する力の計測を可能にした。また三分力検出器と氷片の運動を同期観察できるように同期信号出力回路を製作し、これらの装置と模擬氷を用いた予備実験を実施した。改造により船体に作用する力と氷片運動との同期計測が可能になった。また導入した高速度ビデオカメラにより、氷片運動の計測精度の向上が確認された。特に船舶との衝突前後における運動の計測と衝突タイミングの把握が可能となったので、数値解析との比較が容易になった。
数値シミュレーションにより単独氷片に船舶が接近する際に作用する流体力と、それに伴う氷片の運動を解析した。解析された運動は模型実験とよく一致し、小規模模型レベルでの解析の妥当性が確認できた。また氷片と模擬船体の衝突シミュレーションを実施し解析手法のノウハウを蓄積した。この他、浮遊する物体に作用する流体力の文献調査を実施した。
本研究成果の一部を平成27年度に開催される国際学会にて講演予定である（査読あり・採択決定）。
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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
平成26年度は水槽実験装置の改造、実験用模擬氷の作成及び性質測定、浮遊する物体に作用する流体力の文献調査を実施予定であった。このうち水槽実験装置の改造はおおよそ計画通りに実施でき、予備実験を実施するに至った。文献調査も計画通りに実施した。しかし実験用模擬氷の作成及び性質測定に関しては、実験に供する模擬氷を作成し予備実験に供したが、摩擦係数、反発係数等のデータを取得するには至っていないため、計画よりも遅れている。
一方、27年度以降に実施予定だった少数氷片での数値解析を繰り上げて開始し、単独氷片ではあるが、氷片に作用する流体力およびそれに起因する運動を評価することができた。解析結果の妥当性を模型実験により検証した。これに伴い、解析に使用するソフトウェアに関する知見を蓄積できた。この点では当初予定より早く進行している。
以上を総合し、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度から実施している実験用模擬氷の作成及び性質測定を継続する。模擬氷の摩擦係数、反発係数等のデータを取得する。なお予備検討段階で使用していた高分子ポリオレフィンが入手できなくなった。当面は既存の材料で実験を継続できるが、今後の実験に向けて新たな材料を調査・検討する。
同じく26年度から実施している少数氷片での数値解析を継続する。これまで単独氷片・模型スケールでの解析のみを実施してきたが、この条件での解析の妥当性は評価できたと判断したため、複数氷片での解析、および実船スケールのレイノルズ数・フルード数での解析を試みる。なお当初計画では流体・構造連成解析が可能な解析ソフトウェアの利用を想定していたが、流体力の解析精度と信頼性は汎用数値流体解析ソフトウェアのほうが高いこと、汎用数値流体解析ソフトウェアStar-CCM+の新バージョンが物体どうしの衝突を伴う流れ解析に対応したことから、Star-CCM+を用いることとする。
模擬氷を用いた水槽実験を継続する。27年度は特に氷片に作用する流体力の計測手法を構築することを目標とする。
研究分担者（北澤）との連携を密にするため、27年度から研究代表者（金野）は研究分担者が所属する東京大学生産技術研究所の研究員としても活動する。
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| Causes of Carryover |
当初計画では三分力検出器および二次校正器を調達予定だったが、別研究課題で調達した装置を流用することができたため、調達しなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初計画では汎用数値流体解析ソフトウェアを使用する場合は工学院大学内で利用可能なStar-CCM+バージョン7を利用する予定だったが、バージョン8以降で衝突を伴う流れ解析に対応したためこちらを利用する。このソフトウェアの調達に当該助成金を使用する予定である。
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