オイラー記述に基づく構造-流体連成問題の有限要素並列計算システムの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560409
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: 樫山 和男 中央大学, 理工学部, 教授 (10194721)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡澤 重信 広島大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10312620)
• Keywords: オイラー記述 / 有限要素法 / 大変形解析 / 構造-流体連成 / 並列計算法 / SUPG法 / CIVA法 / VOF法

Research Abstract

本年度は平成16年度以降に本格的に構築を行う構造-流体連成解析手法の基礎的な研究として,計算精度の向上に主眼を置き,
1.オイラー記述に基づく高精度で安定な構造解析手法の構築
2.オイラー記述に基づく高精度で安定な流体解析手法の構築
に関する研究を行い,以下の結論を得た.
1.オイラー記述に基づく高精度で安定な構造解析手法の構築
固相の境界の表現には,VOF(Volume of fluid)法を適用し,空間の離散化には任意形状の適合性の良い非構造子に基づく有限要素法を,時間方向の離散化には陽解法を用いてプログラム開発を行った.移流方程式の離散化には流体解析の分野で開発された,SUPG法に基づく風上化手法を適用した.その結果,従来の差分法に基づく風上化手法に比べて,固相の境界を鋭敏にかつ高精度に解析可能であることが実験結果およびラグランジュ記述に基づく計算結果との比較により明らかとなった.また,本手法は,ラグランジュ記述に基づく方法では解析が困難となるような大変形解析が可能であることが明らかとなった.
2.オイラー記述に基づく高精度で安定な流体解析手法の構築
気相と液相の界面の表現には,VOF法およびLevel Set法を適用し,空間の離散化には任意形状の適合性の良い非構造子に基づく有限要素法を,時間方向の離散化には陰解法を用いてプログラム開発を行った.なお.移流方程式の離散化には,3次補間に基づくCIVA法を適用した.本手法の有効性を,実験結果およびラグランジュ記述に基づく計算結果との比較のもとに検討した.その結果,本手法は,実験結果等と良い一致を示すとともに,砕波等を含む複雑な自由表面流れの解析が可能であることが明らかとなった.

Research Products

• [Publications] 金子恭久, 樫山和男, 岡澤重信: "Eulerian有限要素法による固体の木変形解析"第59回土木学会年次学術講演会講演論文集. 印刷中. (2004)
• [Publications] 岡澤重信, David J.Benson: "オイラー型解法による高速切削加工シミュレーション"日本機械学会論文集(A編). 70巻691号. 420-425 (2004)
• [Publications] 岡澤重信, D.J.Benson: "Eulerianハイドロコードによる破壊解析"応用力学論文集(土木学会). 6. 209-214 (2003)
• [Publications] 桜庭雅明, 弘崎聡, 樫山和男: "自由表面流れ解析のためのCIVA/VOF法に基づく高精度界面捕捉法の構築"応用力学論文集(土木学会). 6. 215-222 (2003)