| 研究課題/領域番号 |
25289317
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
橋本 博公 神戸大学, 海事科学研究科(研究院), 准教授 (30397731)
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| 研究分担者 |
末吉 誠 九州大学, 応用力学研究所, 助教 (80380533)
梅田 直哉 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20314370)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 損傷時復原性 / MPS法 / 陽解法 / 浸水 / 船体動揺 / 模型実験 / 自動車運搬船 / 計算領域分割 |
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| 研究実績の概要 |
衝突や座礁により損傷した船舶の安全性を確保するためには、損傷破口からの浸水状況や船体動揺を正確に予測することが求められる。昨年度までは浸水シミュレーションに半陰解法MPS法を用いていたが、圧力を得るためのポアソン方程式の求解に係る計算負荷が高いため、弱圧縮性流体を仮定した陽解法MPS法の導入を行った。陽解法MPS法は半陰解法MPS法に比べて自由表面付近の圧力推定精度が低下する傾向にあるが、計算負荷の低減およびポアソン方程式に起因する計算の破綻を回避できることが判明した。次年度以降に大規模浸水シミュレーションの実施を計画しているが、この目的には陽解法MPS法の使用が効果的であると考えられる。
損傷浸水時の船体動揺予測に関しては、計算領域を損傷部と非損傷部に分割し、前者に働く流体力を陽解法MPS法により、後者に働く流体力をポテンシャル理論にもとづくストリップ法により求めて、船体運動方程式を時間領域で解く損傷船舶の浸水時動揺シミュレーション手法を構築した。この計算手法の精度検証を行うため、水密車両区画を再現した自動車運搬船を対象に区画内部への3次元浸水が生じる損傷条件での模型実験を行い、数値シミュレーションとの比較により、これまで予測が困難であった浸水時の過渡的な船体動揺や浸水状況を定性的に再現可能であることが示された。その一方で、予測精度の更なる向上のためには粒子数の増加と閉じ込められた空気の影響評価が必要であることも確認された。
次年度以降は、実際の船内区画アレンジメントを再現した大型客船に対する大規模な浸水シミュレーションに取り組み、模型実験との比較検証を通じて計算手法の有用性を実証していくことが望まれる。
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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
現実的な損傷破口に対する3次元浸水シミュレーションを可能とするため、MPS法を従来の半陰解法から陽解法へ置き換えることで計算の高速化を図った。陽解法化に際しては、ダム崩壊などの代表的なテストケースについて試計算を行い、計算速度と計算精度に関する長所と短所の理解に努めた。その後、昨年度までに構築した損傷浸水時の船体動揺予測法に陽解法MPS法を組み込み、3次元浸水が生じるように損傷破口形状を変更して自動車運搬船の浸水模型実験を実施した。数値シミュレーションと模型実験の比較検証の結果、損傷船舶の区画内部への3次元浸水と非線形な船体動揺を定性的に再現可能な数値計算手法であることが確認できた。これは目標に掲げる課題の遂行に向けて大きな前進であると考えられる。その一方で、浸水初期段階を含めた浸水時船体動揺の定量的予測の実現には粒子数の更なる増加と区画内に閉じ込められた空気の影響評価が必要であることも確認された。次年度は大規模浸水シミュレーションに取り組むとともに、これらの課題解決に向けた研究にも着手する予定である。
以上より、当該年度の計画に対しておおむね順調に研究が進展しているものと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
実際の複雑な船内区画アレンジメントに対する大規模浸水シミュレーションを実施するためには、MPS法の更なる高速化に引き続き取り組む必要があり、次年度は陽解法の利点を活かした計算並列化効率の向上、人間が行っている前処理に係る作業の自動化を推し進めていく。陽解法MPS法では圧力の状態方程式を粒子数密度の変化から求めているが、自由表面付近では実際よりも多くの粒子において圧力がゼロとなることが判明しており、自由表面粒子の挙動や浅水時の圧力評価、負圧の取り扱いなどに問題が生じている。そこで、自由表面の探索法と正確な圧力推定法について検討を行うことで、陽解法MPS法の計算精度向上に取り組む。区画内部に閉じ込められた空気の取り扱いについては、計算負荷も考慮して空気影響が発生する状況についてのみ空気を加えた2相流を粒子法で解くことに挑戦する。
こうした数値計算上の課題解決と並行して、代表的な内部区画を正確に再現した大型客船模型による水槽試験を実施する。この模型実験結果と数値シミュレーションの比較検証、計算コードの改良を繰り返すことで、損傷船舶の高度安全性評価手法としての確立を目指す。また、必要に応じて、内部区画模型のみを用いた浸水実験を行うことも検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
少額であり次年度に繰り越す方が有効に活用できると考えたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
物品費等の一部として使用を予定している。
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