研究課題
基盤研究(A)
本年度は定常流中の揚力の数値モデルを発展して非定常流中のVortex Induced Vibration(VIV)を表現できる数値モデルを開発した。さらに弾性管の3次元運動方程式をハミルトンの原理に基づいて求め、モード法で解く方法を開発した。これらを用いて上端不規則運動を行う長大弾性管に関する3次元的挙動の数値解析法を開発した。また、実験水槽において行った模型実験結果を詳細に解析し、非定常流中のVIVの実現象についての考察を行った。そして、実験結果との比較により数値計算結果の妥当性を検証・考察した。実験はパラレルメカニックスの考えを応用した強制動揺装置によって弾性管模型の上端を、静水中において水平方向(X方向)に強制不規則運動させた。これによって海洋において、不規則波浪中で前後揺する浮体に取り付けられた弾性管が動揺させられる状況を模擬した。波浪データとして、有義波高と平均周期によって定義されるI.S.S.C.型波スペクトラムを用いた。実験は有義波高と平均周期を変えて行った。深さ方向をZ方向とし、X方向に生じる模型の不規則運動、また流出渦により生じるX方向運動に対して垂直方向(Y方向)の模型の運動を3次元的に計測する為、それぞれ5台のCCDカメラによりX-Z方向、Y-Z方向の模型の挙動を計測し、画像解析ソフトを用いて弾性管の運動解析を行った。最後に本数値計算結果と模型実験結果との比較を行い、開発した弾性管運動の解析法が十分な精度を有していることを確認した。問題点としては現在の理論で説明ができない長周期動揺が存在すること。運動速度が大きい場合に複数の異なる周期の渦を流出し、その結果生じる渦の位相を決定論的に決める方法がないことなどである。
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Proc.of Int.Symp.on Technology of Ultra Deep Ocean Engineering (印刷中)
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