海洋で用いる長大弾性管の運動の解析プログラムと運動制御システムの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13355037
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 小寺山 亘 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (80038562)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶原 宏之 九州大学, 工学研究院, 教授 (30114862) ; 山口 悟 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (00253542) ; 中村 昌彦 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (40155859) ; 鷲尾 幸久 海洋科学技術センター, 副主幹(研究職) ; 大松 重雄 海上技術安全研究所, 部長(研究職)
• Keywords: 海洋ライザー管 / 渦励振 / 数値計算法

Research Abstract

本研究では弾性管から流出する渦に起因する渦励振(Vortex induced vibration)と弾性管を固着している浮体の運動や弾性管周りの変動する流体運動に誘起される弾性管の運動(強制輝動)を同時に取り扱える解析法を開発することを目指している。なぜなら従来の弾性管の挙動解析法に関しては渦励振と強制振動は伝統的に別々に扱われており、同時に解析する手法は開発されていない。実際の海域では定常流(海流)や振動流(風波、内部波)さらには変動流(中規模渦、慣性振動、潮汐、風の吹送流)など数秒から数週間の変動周期を持つさまざまな流体現象が存在し、渦励振と強制振動はこれらのすべての流れを考慮に入れて、解析しなければならない。そこで本年度は海洋で用いられる長大弾性管の模型実験を応用力学研究所の深海機器力学実験水槽で行った。実験は模型上端を強制的に動揺させて、そのときの挙動を映像方式の運動解析装置によって計測した。得られた結論は以下のとおりである。
(1)同時に開発した理論解析による共振周波数の推定値は実験結果とよく一致した。
(2)最大の運動は強制動揺周期や振幅によらず、常に弾性管に下端部の起こる。
(3)特定の場所で発生した渦励振(Vortex Induced Vibration)が弾性管の長さ方向に伝播していくことが観察された。
(4)渦励振が伝播していく過程で各部分で発生した渦励振を統合していくことが、観察された。
さらに実験的研究と平行して、理論的研究を行った。ハミルトンの原理に基づいて、新しい非線形の理論式を誘導し、ガラーキン法とニューマークbにを用いて数値的に解く準備を行いつつある。

Research Products

• [Publications] H.I.Park, Y.P.Hong, M.Nakamura, W.Koterayama: "An Experimental Study on Transverse Vibrations of a Highly Flexible Free Hanging Pipe in Water"The 12th International Offshore and Polar Engineering Conference. (印刷中). (2002)