2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of numerical method and wind tunnel experiment to evaluate flying behavior and impact force of wind-borne debris
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18H01527
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
野村 卓史 日本大学, 理工学部, 特任教授 (50126281)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 昭仁 東京工芸大学, 工学部, 教授 (90329219)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 風災害 / 飛来物 / 衝撃力 / 数値流体解析 / 風洞実験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
飛来物の飛翔解析のための ALE 有限要素法に基づく構造流体相関解析法: 飛来物の3次元回転運動を扱うために独自の3次元球状スライディングインターフェースを開発している。本年度の研究実績は以下の2点である。(1) 回転する立方体の飛翔解析：立方体まわりに球形の流体解析領域を配置し，立方体にさまざまな初期回転条件を与えて放出する問題の構造流体相関解析を実施した。開発している解析法の骨格部分の確認を一つの目的としている。立方体に作用する空気力の違いの影響で異なる飛翔軌跡が得られることが確認された。この成果を国際会議で報告した。(2)球状内部解析領域と外部：解析領域との間の球面インターフェース：前年度に節点流速と節点圧力の直接的接続条件では節点圧力を除外するべきことを明らかにしたが，本年度は直接的接続条件におけるペナルティパラメータの値の影響について検討した。理論上の予想通り値が大きいほど流速，圧力の接続性が高まること，Bazilevs らの原論文で用いられている値では不十分で，その20倍程度高い値にすべきであること等の有意義な知見を得た。
IGA (Isogeometric Analysis)による膜構造解析法: 膜状構造物の飛翔解析に IGAで用いられるシェル構造解析法を適用する計画であるが，本年度は基礎段階として，IGA の定式化を用いたはり構造の弾性解析法の構築を行い，理論値と比較して十分な精度が得られることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
飛来物の飛翔解析のための ALE 有限要素法に基づく構造流体相関解析法： 球面上スライディングインターフェースの完成を目指したが，当初予定した節点トラクション接続を本格的に進める前に，節点流速の接続だけの場合の特性を詳細に調べておく必要があると判断し，そこに傾注した。また新型コロナウイルスの影響によりテレワーク中心の研究開発環境を整備するために時間を要した。節点流速の接続条件に関する基礎的データを獲得し，これに節点トラクション接続を加える段階に進んだが，全体としての進捗状況はやや遅れている。
IGA (Isogeometric Analysis)による膜構造解析法： 直接シェル構造解析法の構築に取り組むより，その基礎段階としてはり構造解析法を構築する方針をとった。シェル解析ははり解析から展開する位置づけにあるので，必ずしも研究の遂行が遅れているものではない。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は以下のように研究を進め，研究目的の達成を目指す。
飛来物の飛翔解析のための ALE 有限要素法に基づく構造流体相関解析法： 球面上スライディングインターフェースに節点トラクションの接続を加える検討を進めており，早急にこれを終えてインターフェースを完成させ，飛来物の飛翔解析法を構築する。本年度に購入した高性能ワークステーションを活用して，迅速な開発を進めるとともに，風洞で実験した対象を中心に種々の飛来物の飛翔解析を実施し，解析課程を検証する。
IGA (Isogeometric Analysis)による膜構造解析法： シェル構造解析法の構築を進め，飛来物の飛翔解析法に組み入れる。
構築した解析課程を用いて，剛体，膜構造等，種々の飛来物の飛翔解析を実施して，飛翔体の飛翔特性と飛翔距離，衝撃力等の関係についての知見を取りまとめる。
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