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今のところ浮体式人工島の唯一のプロトタイプは浮体式海上空港である。わが国において考えられている浮体式海上空港はいわゆるマットタイプと呼ばれる扁平な形状の構造物である。
本研究では次のような新しい計算法を開発した。
1.浮体を非常に薄いが有限の曲げ剛性を持つ膜状の構造物と見做して、膜の曲げ変形及び膜より外側の水面の変形(Wave Elevation)に関する境界値問題を導く。浮体が十分に長く、その長手方向には無限に長いとして、斜めから及び正面から波浪が入射する場合で水深が深い場合と水深が浅い場合について数学モデルを開発した。このモデルによって容易に且つ精度の良い曲げ振動のシミュレーションが可能になり、浮体空港の曲げ振動の特性が明らかになった。この数学モデルでは浮体を代表する膜面をいわば疑似水面として取り扱い、疑似水面上の計算された流体運動がそのまま浮体の曲げ振動となる。特に水深が浅い場合には、計算は疑似水面と本当の水面の流体運動のマッチングによるから、必要な演算は代数演算のみとなる。
2.現実の空港の形状は、1.で考えたようには簡単でない。このような場合は大規模な数値計算によって曲げ振動のシミュレーションを行う以外に方法がない。巨大浮体の曲げ振動に関する境界値問題を境界積分方程式法で解く大規模数値計算プログラムを開発した。一般にこの計算では、浮体の寸法に対して問題となる波浪の波長が著しく小さいことから浮体表面を分割するパネルの数を非常に大きくしないと計算精度があがらない。パネル数が大きいと計算速度が遅く計算が現実的でなくなる。本計算プログラムではパネル上の流体の圧力、曲げ変形をスプライン関数で表現してこの問題を解決し、さらに計算の精度についてもValidationを実施し、信頼度の高い計算プログラムとしている。
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