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Development of a 6-degrees-of-freedom trajectory simulator for the risk assessment of flying debris caused by explosions

开发用于爆炸引起的飞行碎片风险评估的六自由度轨迹模拟器

基本信息

批准号：
21K03880
负责人：
坂村芳孝
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Toyama Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は，剛体の6自由度運動方程式と流体運動の支配方程式とを連成して解析する数値シミュレーターを開発し，爆発によって生じる飛散物の危険度評価に資するツールを提案することを最終的な目的とするものである．令和4年度に実施した主な研究は，以下に示す通りである．(1) 昨年度の研究で有効性が確かめられた数値シミュレーターを用い，衝撃波管内を伝播する衝撃波との衝突によって誘起される直方体形状物体の運動を予測した．管路幅を変えて行ったシミュレーションによって，管路幅の違いが物体の運動に及ぼす効果（閉塞効果）を調べた．その結果，従来の実験で用いられた管路幅30 mmの衝撃波管内では，物体に作用する抗力（流体力の流れ方向成分）が閉塞効果を強く受けていることを示すことができ，その流体力学的要因を明らかにすることができた．本成果は，爆発飛散物の運動に及ぼす周囲環境の重要性を示すものであり，閉鎖された空間内における飛散物の危険度評価に資するものとなった．(2) 爆発によって生じる強い衝撃波を伴う流れ場に対するOpenFOAMの有効性を調査するため，反応性気体を対象としたソルバー（hy2Foam）を用いた数値シミュレーションを試みた．その結果，大気圏再突入時の極超音速流れのように極めて強い衝撃波を伴う場合においてもOpenFOAMが利用できることが明らかになった．ただし，よどみ点近傍において壁面近傍の物理量の分布が不自然になる場合があり，その原因を明らかにする必要がある．以上の成果については，国内の学術講演会等で発表・公表した．

In this study, the equations of motion of rigid bodies with 6 degrees of freedom and governing equations of fluid motion are connected to analyze the numerical values of the equations of motion and to develop a method for evaluating the risk of scattering objects. In the fourth year, the main research was carried out, and the following is shown. (1)The research of this paper is to predict the motion of rectangular objects caused by shock wave propagation in the pipe. The pipeline amplitude is adjusted according to the motion of the object. As a result, the main causes of fluid dynamics in shock wave tubes with a pipe amplitude of 30 mm are shown as the resistance force (component of fluid force in the direction of flow) exerted by the body. The results show the importance of the movement and environment of explosive particles. (2)The explosion occurred in the middle of the shock wave, and the echo field of the open FOAM was investigated. As a result, hypersonic flow during re-intrusion of large gas waves is used in the case of strong shock waves. The distribution of physical quantities near the wall is unnatural, and the reasons for this are clear. The above achievements are published in the domestic academic lectures, etc.