研究概要 |
鉄筋コンクリート製で厚み比2の筒状楕円柱体を構造本体とする水中トンネル(橋梁)か、海面下30mの位置に設置されて一様流速の潮流の作用下にある場合を想定し、構造本体周りの高レイノルズ数領域R_e≧10^7における流れ場を離散渦法により解析して非定常流体力と各種の流体力学的特性値を計算した。構造本体の抑え角αを0°から5°まで1°間隔で変化させて時間的に変動する抗力係数、揚力係数およびモーメント係数の時間平均値C_D, C_L, C_Mを求めたところ、抗力係数は抑え角によらばにほぼ一定でC_D【similar or equal】0.71、揚力係数とモーメント係数は抑え角におおむね比例し、C_L【similar or equal】0.054α, C_M【similar or equal】0.0011αの関係が成り立つことが判明した。 なお、揚力係数とモーメント係数の時間的な変動に周期性が存在することに着目し、変動が安定している区間のデータに高速フーリエ変換を施してパワースペクトル密度関数を求めると、狭帯域の周波数特性を示した。そこで、この密度関数の卓越する極大値に対応する周波数を渦放出周波数とみなして計算したストローハル数S_nは迎え角によらずにほぼ一定の値,S_n【similar or equal】0.36になることが判明した。 次に、数値解析用に設定した水中トンネルの構造モデルを弾性支承上の5径間連続梁とみなし自由振動解析を行うと、鉛直面内における曲げ自由振動対称1付き振動数が渦放出周波数およそ3.6倍になった。 しかし、この計算結果から直ちに渦励振などの流体力学的に不安定な現象が発生しないとの結論を引き出すのは早計である。構造本体の運動が渦の放出周波数に影響を与えて両者の周期運動が同期する、いわゆる同期現象が発生する危険性については、今後の検討課題である。
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