| 研究課題/領域番号 |
15K14024
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
野村 卓史 日本大学, 理工学部, 教授 (50126281)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 風災害 / 飛来物 / 衝撃力 / 構造流体連成解析 / 有限要素法 / 風洞実験 |
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| 研究実績の概要 |
強風災害の被害を拡大させる要因である飛来物の飛翔挙動および衝突時の衝撃力を評価するために，数値流体解析法の開発と解析法を検証するための風洞実験を実施する研究計画である。
数値流体解析法の開発に関して，本年度は特に物体が固体境界に衝突し反発・跳躍するときの衝撃力評価のプロセスを改良する過程と，気体中の3次元運動に関する構造・流体連成過程の確立について研究を進めた。衝撃力評価のプロセスについては，従来は時間積分の1ステップで衝撃力を与えており，そのために衝突後しばらくの間，圧力の数値振動が続く，という問題があった。本年度，1ステップを10分割程度に細分化し，衝撃力の値を滑らかに変化させる方法を試み，数値的振動を非常によく低減させることに成功した。本研究の方法では衝撃力の値は時間積分ステップの大きさによって変わるが，衝突時の力積の値は時間ステップの大きさに依存しない。この特色について変わりはない。また，3次元運動の解析のキーとなる技法である sliding interface について，移流拡散問題の有限要素解析ではあるが，妥当な結果を得ることに成功した。
風洞実験については，当初の研究計画どおり4個の圧電型ロードセルで支持したアルミ板に試験体を落とす状況の実験を実施した。ロードセルの出力波形は試験体の落下位置によって異なるが，同じ試験体を同じ高さから単体のロードセルに落とした波形と対比して，落下位置と衝撃力を評価することが可能である，という結果を得た。あわせて実験条件に適した試験体の重量，風洞の風速レベルについても有用な見通しを得ることができた。これらの知見を元に，今後，系統的な実験を推進することが可能になった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
風洞実験は全く新規に着手したもので，衝撃力測定に用いる圧電型ロードセルも初めて使用した。ロードセル4個で支持したアルミ板に試験体を落下させたときの出力波形は予想以上に複雑な変化を示したが，種々試行を繰り返し，落下位置と衝撃力の大きさを評価するめどをつけることができた。これはほぼ当初計画どおりの成果である。
数値流体解析法は衝撃力評価を改良する，という成果を得たが，気体中の3次元運動を本格的に解析する段階までは至らなかった。ただし，3次元運動の解析を実現するためにキーとなるsliding interface について研究成果を挙げることができた。これらを総合して，初年度はおおむね順調に進展したと判断している。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度も数値流体解析法の開発と風洞実験を並行して進める当初計画に変更はない。数値流体解析法では，気体中の3次元運動を本格的に解析するために必要な sliding interface を流体解析において実現することを目指す。風洞実験では，同じ形状だが重心位置が異なる試験体を製作し，風洞気流の中で落下させる実験を系統的に実施する予定である。
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