海洋構造物に生ずる衝撃流体荷重に対する動的構造応答計算法の開発

船舶や海洋構造物に作用する波浪荷重を精度よく評価し構造系の応答を調べることは、それらの構造物を設計する上で極めて重要な研究課題である。本研究の内容及び研究成果は以下の三項目に分類できる。(1)衝撃流体荷重の数値計算法の研究衝撃流体荷重を数値流体力学の手法を用いて計算する数値シミュレーション法を開発した。従来の時間および空間を差分近似して計算を進める手法では、圧力を代表点のみで離散的に評価するために圧力値が急変する流体衝撃現象を精度よく模擬することは困難であった。本研究では、衝撃圧力を精度良く計算するために境界条件の検討を行い、自由表面条件と固体壁条件を合理的に接続する新しいアルゴリズムを提案した。また、提案したアルゴリズムを組み込んだシミュレーションプログラムを作成した。さらに、シミュレーションプログラムの計算精度確認のため、模型実験を実施した。実験データを数値シミュレーション結果の比較により、開発したシミュレーションプログラムが十分な計算精度をもつことを確認した。(2)自由落下式救命艇の着水衝撃時の挙動研究母船から切り離された自由落下式救命艇が水面に着水する際に受ける衝撃荷重は典型的な水面衝撃問題である。本研究では、着水時に受ける衝撃力を精度よく評価し、救命艇の着水運動および乗員に作用する衝撃加速度を評価する計算手法を開発した。開発した計算法の精度は模型実験結果との比較により検証した。本研究により、従来の数値計算法では評価出来なかった自由落下式救命艇の着水時の挙動を精度よく評価することが可能となった。(3)構造応答を評価して船体や海洋構造物の構造最適化を行う手法の研究波浪荷重が与えられたときに最適な船体構造形状を求めるためには、多数の構造解析シミュレーションが必要である。本研究はこのような構造解析シミュレーションの負荷を減らし、また最適な設計を合理的に行うための基礎的な検討を実施した。船体の各種の構造を例として合理的かつ効率的な最適設計を行う手法を提案し、その効果を確認した。以上の研究成果を14件の研究論文にまとめ、国内外の会議、学会、学術雑誌等で報告した。

船舶や海洋構造物に作用する波浪荷重を精度よく評価し構造系の応答を調べることは、それらの構造物を設計する上で極めて重要な研究課題である。本研究の内容及び研究成果は以下の三項目に分類できる。(1)衝撃流体荷重の数値計算法の研究衝撃流体荷重を数値流体力学の手法を用いて計算する数値シミュレーション法を開発した。従来の時間および空間を差分近似して計算を進める手法では、圧力を代表点のみで離散的に評価するために圧力値が急変する流体衝撃現象を精度よく模擬することは困難であった。本研究では、衝撃圧力を精度良く計算するために境界条件の検討を行い、自由表面条件と固体壁条件を合理的に接続する新しいアルゴリズムを提案した。また、提案したアルゴリズムを組み込んだシミュレーションプログラムを作成した。さらに、シミュレーションプログラムの計算精度確認のため、模型実験を実施した。実験データを数値シミュレーション結果の比較により、開発したシミュレーションプログラムが十分な計算精度をもつことを確認した。(2)自由落下式救命艇の着水衝撃時の挙動研究母船から切り離された自由落下式救命艇が水面に着水する際に受ける衝撃荷重は典型的な水面衝撃問題である。本研究では、着水時に受ける衝撃力を精度よく評価し、救命艇の着水運動および乗員に作用する衝撃加速度を評価する計算手法を開発した。開発した計算法の精度は模型実験結果との比較により検証した。本研究により、従来の数値計算法では評価出来なかった自由落下式救命艇の着水時の挙動を精度よく評価することが可能となった。(3)構造応答を評価して船体や海洋構造物の構造最適化を行う手法の研究波浪荷重が与えられたときに最適な船体構造形状を求めるためには、多数の構造解析シミュレーションが必要である。本研究はこのような構造解析シミュレーションの負荷を減らし、また最適な設計を合理的に行うための基礎的な検討を実施した。船体の各種の構造を例として合理的かつ効率的な最適設計を行う手法を提案し、その効果を確認した。以上の研究成果を14件の研究論文にまとめ、国内外の会議、学会、学術雑誌等で報告した。