| 研究概要 |
本研究では,固定メッシュを用いたオイラー記述に基づく構造-流体連成解析の計算アルゴリズムの開発とその並列計算システムを構築し,固相・液相・気相が混在する大規模で複雑な構造-流体連成解析を実用レベルで高速に行うシミュレータを開発する研究を行った.本研究により得られた成果は,以下の通りである.
1.オイラー記述に基づく高精度で安定な構造解析手法および流体解析手法の構築
相関の界面の表現には、VOF(Volume of Fluid)法を採用し、VOF関数の移流計算にはSUPG法に基づく安定化有限要素法および3次補間に基づくCIVA法を用いた。構造解析においては、支配方程式を移流ステップと非移流ステップに分離して、移流ステップの離散化には安定化有限要素法を用い、非移流ステップの離散化には通常のGalerkin法に基づく有限要素法を用いた。時間方向の離散化には、陽解法を用いた。一方、流体解析においては、空間方向の離散化には安定化有限要素法を、時間方向の離散化には陰解法を用いた。
本手法の妥当性と有効性を、既往の実験結果や数値計算結果との比較の基に示した。
2.オイラー記述に基づく構造一流体連成解析手法の構築および並列計算システムの構築
1.で開発したプログラムを基本として、VOF法に基づく構造一流体連成解析プログラムを作成した。連成解析手法としては、弱連成手法を採用した。また、計算の高速化を実現するために、MPI(Massage Passing Interface)を用いた領域分割法に基づく並列解析システムを構築した。計算結果は既往の実験結果等と良い一致を示すとともに、高い並列化効率を実現した。
本手法は、ラグランジュ記述による基づく方法では解析が困難となるような大変形を伴う構造-流体連成問題の解析が可能となることが明らかとなった。
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