2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of analysis methods for fluid-structure interaction by combining particle methods and finite element methods
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26630454
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
橋本 博公 神戸大学, 海事科学研究科, 准教授 (30397731)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 粒子法 / 有限要素法 / 強非線形流体・構造連成解析 / 片方向連成 / MPS陽解法 / GPGPU / 強制動揺試験 / スロッシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
砕波を伴うような強非線形流れと構造物の変形を連成させて解くために、粒子法と有限要素法を組み合わせた強非線形流体・構造連成解析手法の構築を行った。特に従来の数値計算技術では取り扱いが困難な自由表面の大変形を伴う強非線形流れの解析手法として知られる粒子法計算の高速化と大規模化に取り組んだ。粒子法としてはMPS陽解法を採用し、GPGPUが実行可能な計算コードへと拡張を行った。開発した計算コードは過去に実施した海水打ち込みを伴う船舶の波浪中漂流問題などを通じて精度検証を行った。さらに、巨大地震によって発生する外部に溢流が生じるような石油タンクのスロッシングなど、現実社会で問題となっている課題についてもGPUクラスタを用いることで適用可能であることを確認した。
粒子法と組み合わせるべきFEMには、非定常解析が可能なオープンソースソルバーであるlibMeshを用いた。船舶海洋工学分野で取り扱われる問題では、構造物の変形による流れへの影響は総じて小さく、構造物の存在や動揺によって生じる流動の変化が支配的であるため、片方向の流体・構造連成解析法の構築を行った。ただし、オープンソースを採用することにより、今後の両方向連成解析への発展に期待ができる。流体から構造へのデータの受け渡しについては、汎用性を優先してFEM用メッシュとは独立したMPSの壁粒子データから重み付して抽出する方法を採用した。現在使用しているCADデータからの壁粒子自動生成法では、曲率が大きい場所に多くの壁粒子が配置されるため、構造解析用メッシュとの相性が良いことが特徴である。
構築した強非線形流体・構造連成解析法の妥当性を今後確認するために必要となる検証用データについて、2次元水槽にて薄板の強制動揺試験を実施し、自由表面の大変形を伴う流体と流体からの力を受けて変形する薄板の時刻歴データを得た。
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