ポンプ閉塞機構解明のための境界適合・非適合格子を併用した流体構造連成解析法の開発

开发使用边界一致和非一致网格的流固耦合分析方法来阐明泵堵塞机制

• 批准号: 20K19814
• 负责人: 玉井 佑
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K19814/
• 关键词: Isogeometric Analysis; IGA; 流体構造連成解析; 数値流体力学; 境界適合格子; 境界非適合格子; Extended FEM; マルチスケール解析; 接触

本研究では、異物流入によるポンプの閉塞発生機構を解明するため、固定された流体メッシュと変形する構造メッシュを組み合わせる非適合境界を用い、Isogeometric Analysisの枠組みの中で流体構造連成解析を高精度に行う手法を提案することを目的としている。これにより、多数の構造物を含み流体や構造のトポロジー変化を伴うような複雑な流れなどへの、Isogeometric Analysisの適用可能範囲拡大の実現に取り組む。今年度における取り組みとして、以下の成果が得られた。(1)流体と構造の連成境界面において満たすべき境界条件は、力学的条件と運動学的条件の2つである。連成境界面において流体メッシュと構造メッシュの節点/制御点が必ずしも一致しない非適合境界を有する解析では、何らかの手法で2つの境界条件を満たすように拘束する必要がある。そこで本研究では、それらの境界条件の取り扱いに関して拡張Lagrange法を導入し、変分法による定式化を行った。(2)ポンプ内に流入する異物としては主に布や紐のような構造物を想定しているが、布の周囲の流れにおいては速度勾配や圧力の不連続性が、紐の周囲の流れにおいては速度勾配の不連続性が存在する。その不連続性を再現するために、拡張有限要素法において導入されたEnrichment関数を、NURBS関数による形状関数に適用した。この手法の妥当性を検証するために、解やその一階微分に不連続性が存在するような偏微分方程式のIsogeometric解析を行い、得られる数値解の収束性について調べた。(3)ポンプ内に流入する異物としては布や紐のような構造物を想定しており、それらの接触解析を拡張Lagrange法を用いて行った。Penalty法を用いた接触解析と比較し、数値的に安定かつ物理的に妥当な解析が行えることを確認した。

This study aims to solve the problem of foreign matter inflow, structure and combination of fluid structure and structure, and to propose a method of high-precision structural Analysis. Most of the structures include fluid, structural variation, complex fluid, and Isogeometric Analysis. This year, the following results were achieved. (1)The boundary conditions of fluid structure, mechanics and kinematics The boundary conditions of the fluid structure must be consistent with the boundary conditions. In this paper, we introduce Lagrange method and formulate it according to the boundary conditions. (2)The flow of foreign matter into the interior of the body is mainly distributed in the body, and the structure is thought to be fixed. The flow of fluid in the body is connected with the velocity of pressure and the continuity of force in the body. The continuity of velocity of fluid in the body exists. For example, the finite element method is applicable to the shape of the NURBS. The correctness of the method is proved by the existence of the first order differential and the continuity of the solution. The Isogeometric analysis of the partial differential equation is carried out and the convergence of the numerical solution is obtained. (3)The Lagrange method is used to analyze the structure of the inflow of foreign matter. Penalty method: contact analysis, comparison, numerical stability, physical analysis, confirmation

项目成果

軸流ポンプ内の紐同士の接触を考慮した解析

考虑轴流泵管柱之间接触的分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 松田大作，玉井佑，飯野哲平，白井嵩彦，滝沢研二，Tayhun E. Tezduyar

サイクロン型ダスト分離器の分離性能とエネルギー損失評価

旋风式除尘器的分离性能及能量损失评价

• 发表时间: 2020
• 作者: Akira Sakuraba;Yoshitaka Shibata;Mamoru Ohara;西川壮真，永井洸太郞，三輪温，竹田遼平，乙黒雄斗，玉井佑，滝沢研二，Tayhun E. Tezduyar
• 通讯作者: 西川壮真，永井洸太郞，三輪温，竹田遼平，乙黒雄斗，玉井佑，滝沢研二，Tayhun E. Tezduyar

拡張ラグランジュ法に基づく布の自己接触解析

基于扩展拉格朗日法的布料自接触分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 飯野 哲平;玉井 佑;白井 嵩彦;久保田 亮磨;滝沢 研二;Tezduyar Tayfun E.
• 通讯作者: Tezduyar Tayfun E.

ポンプ内の摩擦を考慮した紐の運動解析

考虑泵内摩擦的管柱运动分析

• 发表时间: 2020
• 作者: 成澤 直輝;池下 林太郎;高宗 典玄;北村 大地;中村 友彦;猿渡 洋;中谷 智広;松田大作，飯野哲平，廣田恭平，玉井佑，滝沢研二，Tayhun E. Tezduyar
• 通讯作者: 松田大作，飯野哲平，廣田恭平，玉井佑，滝沢研二，Tayhun E. Tezduyar

体温と熱流束の高精度推定のための人体と熱環境の相互作用モデルの構築

构建人体与热环境之间的相互作用模型，以高精度估计体温和热通量

• 发表时间: 2020
• 作者: 笠井 雄太;杉浦 健人;石川 佳治;西口 浩司，竹内 秀輔，嶋田 宗将，勝又 稜平，干場 大也，加藤 準治;高野萌々子，玉井佑，徐兆京，鈴木絢芽，倉石孝，滝沢研二，Tayhun E. Tezduyar
• 通讯作者: 高野萌々子，玉井佑，徐兆京，鈴木絢芽，倉石孝，滝沢研二，Tayhun E. Tezduyar