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潮流が強い大水深海域においてVIV(渦励振)が発生したときにVIVが時間的にどのように発達し、ライザー管全体に伝播していくかといった過渡的な応答には未だ不明な点が多い。また、時々刻々と変化する海象にあってライザー管にVIVが発生した場合、振幅や振動モード等のパラメータは常に変化することとなり、その挙動を時間領域で追うことはライザーの安全性及び信頼性を評価する上で重要となる。
本研究ではライザー管を対象とし、VIV発生時の振動モードの遷移が起きたときの過渡的応答を模型試験と数値計算を用いて明らかにする。さらに上端張力の変動によって系の振動モードを周期的に変化させた場合のライザー管の挙動の計測を実施し、系の振動モードの制御によってライザー管のVIVによる疲労被害度の抑制が可能であるかを検討する。
平成21年度はVIV発生時におけるライザー管挙動の準静的応答の模型実験と数値計算によるモデル化およびその検証を行った。模型実験では(独)海上技術安全研究所内の深海水槽において、全長28.5mの長尺模型を作製し、潮流中におけるライザー模型のVIV挙動を計測を行ったところ、上端張力として初期張力の3倍以上の変化を与えることで、最大15次モードまでの幅広いモード形状変化を計測できた。また、既存の水中線状構造物挙動計算ソフトウェアを用いて模型試験結果を評価し、低次モードのVIVの方が最大振幅およびモード形状に良い一致がみられることなど、時間領域挙動計算プログラムを開発する上での知見を得ることができた。さらに高次モードのVIVが発生した場合、わずかな上端張力の変化により次数が変化し、挙動に影響を与えることと、VIVの最大振幅ばモード遷移域において小さくなることから、上端張力の制御でVIVによる振動を小さくできる可能性があることがわかった。
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