Development of a simple prediction model for vortex-induced motion of floating platforms with arbitrarily placed columns

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本研究では、流れの中でのカラム同士の渦干渉がもたらす流体力について、複数の円柱や角柱を任意の場所に配置した浮体において渦励起運動を簡易的に予測するモデルを開発すること、さらに本運動の新たな知見を得ることを目的としている。前年度に構築した低アスペクト比2円筒におけるデータベースを用いて流体力モデルの構築を行った。まず円筒間間隔や角度条件が網羅的に揃っている静止状態について、2円筒間の流体力について数理モデルを構築し、実験値との比較を行った。その結果、平均抗力係数については数理モデルである程度推定が可能であるが、その他の流体力については現状では限界があることが判明した。続いて2円筒の流体力から4円筒の流体力の推定について、複数の代表的な機械学習を用いて比較を行った。教師データとして2円筒の情報に加えて4円筒データの一部を教師データに加えることで推定精度が向上した。手法間の比較としては、ガウス過程回帰が最も良好であったものの、線形回帰モデルでもある程度傾向を捉えることができていた。モデル式の構造が明確な線形回帰モデルにおいて、過去に経験的知見をベースに構築した推定モデル式との比較を行ったところ、各円筒からの影響について、経験的知見だけでは十分反映できていない成分が存在することが分かった。本研究ではこれまで渦励起運動として浮体の水平運動のみに着目してきたが、水平方向に延びた筒状部材が水中部に存在する場合、同様に上下方向の運動が励起される可能性があるという予想の元、これを実験的に確認するための模型実験を行った。想定浮体の1/60の模型を設計、製作し、曳航水槽にて速度および流れの流入角度を変えた実験を行った。その結果、渦励起運動においてpitch, roll, heaveといった上下方向の運動が起こり得ること、各動揺モードは連成して複数の周波数にて共振を起こすことが実験的に確認された。