浮体式洋上風力発電装置に加わる波浪荷重の数値計算手法と設計指針の確立に関する研究

• 研究課題/領域番号: 25420860
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 船舶海洋工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 柴田 和也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30462873)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 波浪荷重 / 数値流体力学 / 粒子法 / 自由表面流れ / 計算コスト削減 / 圧力振動 / 波力 / 可変解像度 / 計算時間 / 計算コストの削減 / 滑らかな粒子配置 / 重合粒子 / 楕円粒子 / 浮体運動 / 係留力

研究成果の概要

浮体式洋上発電装置に加わる波浪荷重を粒子法により数値解析する際の計算時間とデータ容量を削減するために、研究代表者が開発した可変空間解像度の手法である重合粒子と楕円粒子という方法を改良した。重合粒子に高精度な内挿補間を適用する改良を行った．また楕円粒子の計算に必要なラプラシアンモデルを開発した．粒子法を用いて数値解析する際に圧力の振動が問題となる。本研究では圧力計算に補正項を加えることで粒子法の圧力振動を抑制する方法を開発した。開発した手法を用いて、波浪荷重を数値解析しその計算精度を検証した。これらの研究成果を投稿論文と国際会議で発表した。

研究成果

• [雑誌論文] The overlapping particle technique for multi-resolution simulation of particle methods (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, S. Koshizuka, T. Matsunaga, I. Masaie
  • 雑誌名: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 巻: 325 ページ: 434-462
  • DOI: 10.1016/j.cma.2017.06.030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cost reduction of particle simulations by an ellipsoidal particle model (2016)
  • 著者名/発表者名: Shibata K, Koshizuka S, Masaie I
  • 雑誌名: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 巻: 307 ページ: 411-450
  • DOI: 10.1016/j.cma.2016.04.026
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improvement of Boundary Conditions for Non-planar Boundaries Represented by Polygon with an Initial Arrangement Technique (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Zhang, S. Koshizuka, K. Murotani, K. Shibata, E. Ishii and M. Ishikawa
  • 雑誌名: Int. J. Computational Fluid Dynamics 巻: 30 号: 2 ページ: 155-175
  • DOI: 10.1080/10618562.2016.1167194
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ミラー粒子境界表現を用いたMPS法による流体シミュレーション (2016)
  • 著者名/発表者名: 松永 拓也、柴田 和也、室谷 浩平、越塚 誠一
  • 雑誌名: 日本計算工学会論文集 巻: 2016 号: 0 ページ: 20160002-20160002
  • DOI: 10.11421/jsces.2016.20160002
  • NAID: 130005122066
  • ISSN: 1347-8826
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Numerical analysis of the wave force acting on a cylinder in regular waves using the MPS method (2015)
  • 著者名/発表者名: Song X, Shibata K, Nihei Y, Koshizuka S
  • 雑誌名: Computational Particle Mechanics 巻: 3 号: 1 ページ: 83-93
  • DOI: 10.1007/s40571-015-0096-x
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improved pressure calculation for the moving particle semi-implicit method (2015)
  • 著者名/発表者名: Shibata K, Masaie I, Kondo M, Murotani K, Koshizuka S (2015)
  • 雑誌名: Comp Part Mech 巻: 2 号: 1 ページ: 91-108
  • DOI: 10.1007/s40571-015-0039-6
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Boundary Conditions for Simulating Karman Vortices Using the MPS Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Shibata,Seiichi Koshizuka, Kohei Murotani, Mikio Sakai, Issei Masaie
  • 雑誌名: 日本シミュレーション学会英文誌 巻: 2 号: 2 ページ: 235-254
  • DOI: 10.15748/jasse.2.235
  • NAID: 130005108386
  • ISSN: 2188-5303
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Kazuya Shibata, Seiichi Koshizuka, Mikio Sakai, Katsuji Tanizawa and Susumu Ota, Numerical analysis of acceleration of a free-fall lifeboat using the MPS method (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Shibata, Seiichi Koshizuka, Mikio Sakai, Katsuji Tanizawa and Susumu Ota
  • 雑誌名: International Journal of Offshore and Polar Engineering 巻: 23 ページ: 279-285
  • 査読あり
• [学会発表] Verification of Tsunami Simulation by Using Elliptical Particles of the MPS Method (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Yamada, Seiichi Koshizuka, Kazuya Shibata
  • 学会等名: The 12th ISOPE Ocean Mining & Gas Hydrates Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] MPS 法の津波数値計算における楕円粒子の適用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山田大輔、柴田和也、越塚誠一
  • 学会等名: 第31 回数値流体力学シンポジウム
• [学会発表] 粒子法の計算効率の向上のための重合粒子の質量保存に関する改良 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柴田和也、越塚誠一、政家一誠
  • 学会等名: 第30 回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 東京都江戸川区船堀 タワーホール船堀
  • 年月日: 2016-12-12
• [学会発表] Least Squares Moving Particle Semi-implicit 法による気液二相流解析手法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 矢島 周、越塚誠一、柴田和也、玉井佑、
  • 学会等名: 第30 回数値流体力学シンポジウム
  • 発表場所: 東京都江戸川区船堀 タワーホール船堀
  • 年月日: 2016-12-12
• [学会発表] Cost and expression of arbitrary smooth wall boundaries for the MPS method (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Shibata, Seiichi Koshizuka, Issei Masaie
  • 学会等名: WCCM XII & APCOM VI (The 12th World congress on computational mechanics)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2016-06-24
  • 国際学会
• [学会発表] Mirror Particle Boundary Representation for MPS Simulation (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuya Matsunaga, Kazuya Shibata, Kohei Murotani, Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: WCCM XII & APCOM VI (The 12th World congress on computational mechanics)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2016-06-24
  • 国際学会
• [学会発表] MPS法の表面張力モデルに関する曲率計算とポテンシャル力の改良 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柴田和也，山西雄士，越塚誠一，政家一誠,
  • 学会等名: 第21回計算工学講演会
  • 発表場所: 新潟県新潟市 朱鷺メッセ 新潟コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-05-31
• [学会発表] Techniques for reducing simulation cost of a particle method and arranging particles in arbitrary shapes (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Shibata, Seiichi Koshizuka and Issei Masaie
  • 学会等名: Proceedings of 3rd International Conference on Violent Flows (VF-2016)
  • 発表場所: I-site Namba, Osaka, Japan
  • 年月日: 2016-03-09
  • 国際学会
• [学会発表] 任意形状に粒子を配置させる手法を活用した粒子法による流体の数値解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柴田 和也, 政家 一誠, 越塚 誠一
  • 学会等名: 日本船舶海洋工学会講演会論文集
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所（東京都目黒区）
  • 年月日: 2015-11-16
• [学会発表] 粒子法のための圧力固定の流入流出境界条件の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柴田和也, 越塚誠一, 政家一誠
  • 学会等名: 粒子法のための圧力固定の流入流出境界条件の開発
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
  • 年月日: 2015-10-10
• [学会発表] MPS Simulation of Wave Forces Acting on a Cylinder (2015)
  • 著者名/発表者名: Xuemin Song, Kazuya Shibata, Seiichi Koshizuka
  • 学会等名: Proceedings of the Twenty-fifth (2015) International Ocean and Polar Engineering Conference
  • 発表場所: Kona, Big Island, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [学会発表] 粒子法の流体解析における圧力振動の抑制と壁粒子数の削減に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柴田 和也, 政家 一誠, 室谷 浩平, 越塚 誠一
  • 学会等名: 第63回 理論応用力学講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス （東京都・目黒区）
  • 年月日: 2014-09-26 – 2014-09-28
• [学会発表] Tsunami Simulation by the MPS Method with the Overlapping Particle Technique (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Shibata, Seiichi Koshizuka, Kohei Murotani, Issei Masaie
  • 学会等名: Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems
  • 発表場所: Sendai International Center, Sendai, Miyagi, Japan
  • 年月日: 2014-04-13 – 2014-04-16
• [学会発表] Japan Large-Scale Run-Up Tsunami Analysis with Many Floating Objects on Urban Area by Three Analyses Stages Using Hierarchical Domain Decomposition in Explicit MPS Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Kohei Murotani, Seiichi Koshizuka, Hiroshi Kanayama, Kazuya Shibata, Tasuku Tamai, Naoto Mitsume, Shinobu Yoshimura, Satoshi Tanaka, Kyoko Hasegawa, Toshimitsu Fujisawa
  • 学会等名: Computational Engineering and Science for Safety and Environmental Problems
  • 発表場所: Sendai International Center, Sendai, Miyagi, Japan
  • 年月日: 2014-04-13 – 2014-04-16
• [学会発表] Application of the MPS method and the overlapping particle technique to naval architecture and ocean engineering (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Shibata, Seiichi Koshizuka and Koji Murozono
  • 学会等名: III International Conference on Particle-based Methods – Fundamentals and Applications PARTICLES 2013
  • 発表場所: Stuttgart, Germany
• [学会発表] 楕円粒子と双方向の重合粒子を用いた粒子法による海水打ち込みの数値解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柴田 和也、政家 一誠、越塚 誠一、室谷 浩平、宋 学 敏、玉井 佑、 谷澤 克治
  • 学会等名: 平成２５年度 日本船舶海洋工学会 秋季講演会
  • 発表場所: 大阪府立大学 I-siteなんば、大阪
• [学会発表] Numerical analysis of offshore wind turbine in waves using the MPS method (2013)
  • 著者名/発表者名: Xuemin Song, Kazuya Shibata, Seiichi Koshizuka, Yasunori Nihei
  • 学会等名: Conference proceedings, the Japan society of naval architects and ocean engineers
  • 発表場所: 大阪府立大学 I-siteなんば、大阪
• [学会発表] 重合粒子による粒子法の計算コスト削減手法の改良 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柴田和也，越塚誠一，室園浩司
  • 学会等名: 第18回 計算工学講演会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所、東京
• [図書] 粒子法入門 流体シミュレーションの基礎から並列計算と可視化まで C/C++ソースコード付 (2014)
  • 著者名/発表者名: 越塚誠一、柴田和也、室谷浩平
  • 総ページ数: 220
  • 出版者: 丸善出版