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接触を伴う流体現象の解明のためのT-spline動的細分化による計算手法の構築

研究課題

研究課題/領域番号 20K22401
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
研究機関早稲田大学

研究代表者

寺原 拓哉  早稲田大学, 理工学術院, 助教 (10875305)

研究期間 (年度) 2020-09-11 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードST-SI-TC-IGA / T-spline / 心臓弁流体解析 / Isogeometric Analysis
研究開始時の研究の概要

物体同士の接触を伴う流体現象では、接触により生じる流れがその物体や周囲の流体に大きな影響を与える。こうした流体現象を精度良く捉えるためには、B-splineのようになめらかな関数を基底関数に用いた境界適合格子によって解析することが有効である。本研究では、B-splineの拡張表現であるT-splineの技術を応用し、局所的に細分化行うことで本手法をより効率的なものにする。計算法を構築したのち、実際の問題として心臓弁の接触を伴う流体解析を行い、現象解明までを研究内容とする。

研究成果の概要

物体同士が接触する際の流れは,押し出されるようにして速い流れが生じ,周囲の流体場や物体そのものへ影響を及ぼす.この把握することの難しい接触する物体近傍の流れ場を,理論に基づく数値解析により明らかにする.本研究では,この流体現象を多くの問題に適用可能な手法にするため,高次の基底関数で表現した空間の局所的な細分化技術を本手法に導入した.最終的には実問題への適用例として,開閉する人工心臓弁周囲の流体場を解析し,弁が開く,閉じる瞬間,開いている時の複雑な流れ場の様子を効率よく明らかにした.

研究成果の学術的意義や社会的意義

物体同士が接触する中での流れ場は,観測することが難しく,数値解析においても接触による空間の変化を正確に捉えることが求められ難しい.本研究は物体同士の接触を伴う流体現象を解析することの出来る解析手法を,幅広い問題に適用可能で,効率良いものにする.本研究での実問題への適用例として選んだ心臓弁は心臓でも疾患の発症の多い部分であり,複雑な動作や形状,接触という問題から周囲の流体場を把握するのが難しい例である.そうした例に対しても周囲の流体場を把握することができる.

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (14件)

  • [国際共同研究] Rice University(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Computational flow analysis with boundary layer and contact representation: I. Tire aerodynamics with road contact2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kuraishi, T. Terahara, K. Takizawa, T.E. Tezduyar
    • 雑誌名

      Journal of Mechanics

      巻: 38 ページ: 77-87

    • DOI

      10.1093/jom/ufac009

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Computational flow analysis with boundary layer and contact representation: II. Heart valve flow with leaflet contact2022

    • 著者名/発表者名
      T. Terahara, T. Kuraishi, K. Takizawa, T.E. Tezduyar
    • 雑誌名

      Journal of Mechanics

      巻: 38 ページ: 185-194

    • DOI

      10.1093/jom/ufac013

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] アイソジオメトリック解析による接触を伴う心臓弁解析2021

    • 著者名/発表者名
      寺原拓哉、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第26回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 僧帽弁閉鎖を考慮した左心室内流体解析に関する基礎検討2021

    • 著者名/発表者名
      南原恵、寺原拓哉、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第26回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] T-splineを用いた傘の設計と性能評価2021

    • 著者名/発表者名
      鈴木絢芽、乙黒雄斗、寺原拓哉、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第26回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] カプセルの流動計算のためのIGA-LBM2021

    • 著者名/発表者名
      浅井悠佑、石田駿一、寺原拓哉、滝沢研二、今井 陽介
    • 学会等名
      第26回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 心臓弁開閉における赤血球解析のための基礎検討2021

    • 著者名/発表者名
      中村貴博、乙黒雄斗、寺原拓哉、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第35回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 腹部大動脈瘤成長予測に対する流体および構造力学による検討2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤順平、吾妻駿人、寺原拓哉、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第35回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 接触力を考慮した心臓弁解析と境界適合格子を用いた高精度流体解析2021

    • 著者名/発表者名
      南原恵、寺原拓哉、谷口靖憲、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第35回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 接触する心臓弁周囲の赤血球軌道追跡2021

    • 著者名/発表者名
      中村貴博、乙黒雄斗、寺原拓哉、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第34回計算力学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 僧帽弁解析に向けた接触問題に関する基礎検討2021

    • 著者名/発表者名
      南原恵、寺原拓哉、谷口靖憲、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第34回計算力学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 医用画像を対象とした形状抽出におけるk-refinementおよび方向依存性2021

    • 著者名/発表者名
      齋藤耀玖、乙黒雄斗、寺原拓哉、後藤圭、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第34回計算力学講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 流れの中の赤血球に対するIGA-LBM2021

    • 著者名/発表者名
      浅井悠佑、石田駿一、寺原拓哉、滝沢研二、今井 陽介
    • 学会等名
      第32回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 腹部大動脈瘤成長予測のための内皮細胞整列モデルの構築2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤順平、寺原拓哉、齋藤耀玖、吾妻駿人、石田勝也、滝沢研二、Tezduyar Tayfun E.、竹原康雄
    • 学会等名
      第32回バイオフロンティア講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 弁尖厚みを考慮した心臓弁解析2020

    • 著者名/発表者名
      寺原 拓哉, 滝沢 研二, Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第25回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] T-splineを用いた心臓弁流体解析2020

    • 著者名/発表者名
      寺原 拓哉, 滝沢 研二, Tezduyar Tayfun E.
    • 学会等名
      第34回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-09-29   更新日: 2023-01-30  

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