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

2002 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, 大学院・工学研究院, 教授 (30114862) ; 山口 悟 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (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(強制振動)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。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。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を用いて数値的に解くプログラムを開発し、これを用いて求めた計算結果と実験結果を比較して以下の結果を得た。
(1)振動周期が長い場合は、振幅が大きくても計算結果は実験と良く一致する。
(2)振動周期が短い場合では、振幅が大きい場合には弾性管の中央部で計算結果は実験結果に比較して、過大な結果を与える。
(3)これらの結果は弾性管の抗力係数を変化させても変わらない。
以上のことから、計算・実験の不一致は軸力の変化など計算で取り入れていない非線形効果によるものと考えられる。今後は非線形影響の取り入れ方を工夫することで、より高精度の計算法開発を目指す。

Research Products

• [Publications] D.H.Jung, H.I.Park, W.Koterayama: "A Numerical and Experimental Study on Dynamics of a Towed Low-Tension Cable"Proc. of the 12th Int. Offshore and Polar Engineering Conference. Vol.2. 213-220 (2002)