偏平箱桁断面の非定常空気力算出のための数値流体解析と風洞実験に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650532
• 研究機関: 中央大学
• 研究代表者: 平野 廣和 中央大学, 総合政策学部, 教授 (80256023)
• 研究分担者: 丸岡 晃 八戸工業高等専門学校, 建設環境工学科, 講師 (30310973) ; 樫山 和男 中央大学, 理工学部, 教授 (10194721)
• キーワード: 矩形柱断面まわりの流れ / 静的空気力 / 数値流体解析 / PCクラスター並列計算機 / 傾斜角特性 / 非定常空気力 / 振幅依存性 / 超偏平矩形断面

研究概要

平成15年度は、断面辺長比B/D=150の超偏平箱桁断面ならびに実際の橋梁断面に近い面辺長比B/D=13の非定常空気力算出のための数値流体解析(CFD)を実施した。この結果、具体的には以下の結果を得ることができた。
・B/D=150超偏平矩形柱断面の解析
前年度までの研究成果において、実用的な風速、仰角の範囲においては風洞実験と同等な結果が得られている。ここでの振幅依存性も再現できたが、高風速・大仰角において風洞実験と差が生じるという問題が生じていた。そこで、本年度の研究では、非定常空気力係数は、動的解析により求められた非定常空気力をフーリエ変換して無次元化することで評価を行うこととした。また、対応する風速も振動数、幅員により無次元化した換算風速を用いることとした。
低風速であるVr=5においては非定常空気力モーメントとフーリエ変換した曲線はよく一致したが、高風速であるVr=20においては非定常空気力モーメントとフーリエ変換した曲線に差が生じた。この現象は仰角が大きくなると低風速側でも生じ、高風速であるほどその差が大きいことがわかった。そこで本研究では大振幅、高風速域においては、非定常空気力係数算出の際、最小二乗法により仮定する曲線を修正して算出を行った。その結果、大振幅・高風速域においても風洞実験の結果とほぼ同等の結果が得られた。
・B/D=30超偏平矩形柱断面の解析
風洞実験値、解析値ともに加振振幅が大きくなるほど理論値との差が大きくなっていて、振幅依存性があることが確認できる。特に振幅が6°を超えた辺りから風速が大きくなると値が負から正に転じて不安定な状態になっている。さらに振幅が大きくなるほど値が負から正に転じる換算風速が小さくなった本研究ではそのような値が負から正に転じる換算風速についても再現でき、振幅依存性という特殊な現象を精度よく再現できた。

研究成果

• [文献書誌] 大佐嘉彦, 東 隆介, 平野廣和, 佐藤尚次: "数値流体解析による超偏平矩形断面における非定常空気力係数"第58回土木学会年次学術講演会講演概要集. I(CD-ROM版). 2 (2003)
• [文献書誌] 丸岡晃, 工藤哲矢, 平野廣和, 志村正幸: "Chimera法を適用した数値流体解析による直線翼垂直軸型風車の空力特性"第58回土木学会年次学術講演会講演概要集. I(CD-ROM版). 2 (2003)
• [文献書誌] 東隆介, 平野廣和, 大佐嘉彦: "数値流体解析による超偏平矩形断面における非定常空気力の算"第53回理論応用力学講演会論文集. 53. 549-550 (2004)
• [文献書誌] 東隆介, 平野廣和, 佐藤尚次: "数値流体解析による1:13矩形断面における非定常空気力の振幅依存性"第31回土木学会関東支部技術研究発表会講演概要集. 31(CD-ROM版). 2 (2004)
• [文献書誌] 河路薫, 田中聖三, 樫山和男: "3次元ALE安定化有限要素法による構造流体連成解析"第31回土木学会関東支部技術研究発表会講演概要集. 31(CD-ROM版). 2 (2004)
• [文献書誌] 倉橋哲弘, 樫山和男: "安定化有限要素法に基づくLES乱流モデルの精度検証"第31回土木学会関東支部技術研究発表会講演概要集. 31(CD-ROM版). 2 (2004)