| 研究課題/領域番号 |
21K11920
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分60100:計算科学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
牛島 省 京都大学, 学術情報メディアセンター, 教授 (70324655)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 流体・固体連成計算 / 並列計算 / 数値流体力学 / 粒子層内部流動化 / 間隙水圧 / マルチグリッド法 / 内部流動化 / 流体固体連成 / 固体間連成 / 礫層内部流動化 / 固液相変化 / 密度流 / 間隙流 / 粘弾性流体 / 固体力学 / 多相連成災害 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
津波・高潮・洪水に伴う土砂・漂流物輸送や，地震時に生ずる砂地盤の液状化などの自然災害は，現象の素過程に着目すると，固気液相が複雑に影響する多相連成現象である．この多相連成現象に対して，マクロな挙動に対する経験則ではなく，現象の力学的素過程を直接再現し，その具体的なメカニズムを解明するための計算力学手法を構築する．
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| 研究実績の概要 |
多相連成災害の素過程を解明する計算力学手法の構築するため、本研究では、水流と土粒子を想定した複数の固体粒子の連成現象を数値解析により予測する手法を構築し、基本的な実験結果を利用して解法の検証を行った。今年度および研究期間全体の具体的な検討内容を以下に示す。
底面から流入する上昇水流による飽和粒子層の内部流動化と破壊に至る過程を詳細に把握するため、粒子層厚を120 mm と増加させた実験を行い、粒子の挙動を高速ビデオカメラで撮影するとともに、間隙水圧計により粒子間の圧力の計測を行った。実験では、平均粒径約 4 mm の礫粒子と、粒径 4 mm のガラスビーズを利用して、粒子形状の違いによる現象の相違の確認も行った。一方、これらの実験を対象とする粒子スケールの数値解析を行い、実験結果と比較した。数値計算では、粒子周辺の流れも解析する分解能の流体計算を行った。四面体要素から構成される礫粒子モデルの総数は14,341で、流体計算セル数は約5千3百万とし、京都大学のスーパーコンピュータのコア数1,088を利用する並列計算により粒子スケールの数値計算を行った。粒子間の接触は個別要素法により評価している。数値計算の結果、水流が底面から流入すると、時間の経過とともにキャビティとよばれる空洞が徐々に大きくなり、それが粒子層上面に到達して水流が貫通し、粒子層の破壊に至る過程が観察されたが、これと同様の現象が再現されることが確認できた。粒子形状の相違による粒子運動のパターンについても同様の傾向が数値計算により得られることが示された。また、間隙水圧の時間的・空間的な変化についても、数値計算により概ね再現できることが確認された。
以上のように、固体粒子に作用する流体力を、粒子周辺の流体計算結果から評価するという、素過程を再現した数値解析手法を本研究により構築し、その有効性を確認することができた。
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