高次境界要素法による船舶耐航性能の新しい数値計算法に関する研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06651079
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 柏木 正 九州大学, 応力力学研究所, 助教授 (00161026)
• キーワード: 高次境界要素法 / アイソパラメトリック要素 / スプライン要素 / 耐航性能 / 非線形影響

研究概要

本研究の大きな目標は、船舶耐航性分野の研究でこれまで計算できなかった問題、あるいは精度や計算時間の点でブレイクスルーが必要とされていた問題に高次境界要素法を適用し、新しい研究の発展に寄与することであった。
今年度の研究では、「波浪中を前進しながら動揺する船に働く流体力の計算」だけに限らず、強非線形(Full Nonlinear)問題など、新しい耐航性研究においても高次境界要素法が有効であることを実証することに主眼を置いた。それらのまとめを以下に列挙する。
1)前年度に開発した新しい細長船理論の有用性を示すために数値計算を実行した。この計算には、まず特解として「高速細長船理論」の解が精度良く行われることが前提である。そこで、2次のアイソパラメトリック要素を用いた等価な初期値問題の解法を示した。更に3次元影響、前進速度影響を同次解として考慮するという合理的な説明を数値計算によって初めて示すことができた。
2)3次元の高次境界要素としてのラグランジェ要素を用いて漂流力(波振幅に関して2次の定常流体力)が圧力積分によっても高精度に計算できることを示した。更に、多数の支持浮体からなる大型構造物における流体力学的相互干渉問題においても、従来より高精度の計算ができることを実証した。
3)時間領域での2次元浮体の大振幅動揺問題に対して、高次境界要素法を用いたFull Nonlinear計算プログラムを開発し、計算例のいくつかを示した。これによって耐航性分野における非線形影響の研究が活発化してくるものと期待できる。
4)3次のBスプライン要素を用いた浅喫水超大型浮体に働く流体力の計算法も開発した。非常に短波長でも高精度に計算できていることをエネルギー保存則の数値的チェックによって示した。この計算法は来年度以降の研究においても更に発展させていく予定である。

研究成果

• [文献書誌] Kashiwagi Masashi: "A New Slender-Ship Theory with Arbitrary Forward Speed and Oscillation Frequency" Proc. of 10th Int. Workshop on Water Waves and Floating Bodies. 109-114 (1995)
• [文献書誌] 柏木 正,向上 登志夫: "大規模浮体における流体力学的相互干渉の一計算法" 日本造船学会第13回海洋工学シンポジウム. 247-254 (1995)
• [文献書誌] 柏木 正: "複数浮体に働く波浪による定常流体力の高精度数値計算法" 九州大学応用力学研究所所報. 78. 83-98 (1995)
• [文献書誌] Kashiwagi Masashi: "Time-Domain Full-Nonlinear Wave Radiation by a 2-d Floating Body" Proc. of 4th Symp. on Nonlinear and Free-Suface Flows. 17-20 (1995)
• [文献書誌] 柏木 正: "前進しながら動揺する船の流体力学に関する新しい細長船理論の展開" 日本造船学会論文集. 178. 169-177 (1996)
• [文献書誌] 柏木 正,池田良穂,影本 浩: "超大型浮体製造物" 成山堂書店(日本造船学会海洋工学委員会性能部会編), 1-351 (1995)