ナビエ-ストークス・浅水長波方程式のハイブリッド有限要素解析システムの構築研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究は,堤防等の海岸構造物や,橋脚などの河川構造物周辺の流況を効率的にかつ,正確に把握するために,広域な流況の把握に有効な浅水長波方程式と,構造物周辺の詳細な流況の把握に有効なナビエーストークス方程式を融合させたハイブリット型有限要素解析システムの構築を目的とし,本年度は,研究実施計画の項目2)で挙げた自由表面を有するナビエーストークス方程式に基づく有限要素解析手法について,検討を行った.特に津波や高潮時での沿岸部での漂流物の挙動を正確に把握するための流体-構造連成解析手法について研究を実施した.時々刻々と移動する自由表面と構造物の表現には,バックグラウンドメッシュに基づくメッシュ再構築手法を用い,これらの境界面を直接的に表現する方法を選択した.漂流物を取り扱うにあたり,構造物同士や構造物と壁面との接触をとりあつかう必要があり,この接触を考慮するために接触を判定する接触判定円を導入し,接触の有無を判定し,接触したと判定された場合には,Voigtモデルによるバネとダッシュポット発生させ,接触力を考慮した.これらの方法を導入することで,漂流物が壁面(海岸構造物など)に衝突する現象や,漂流物同士が接触するような問題に対して,適用が可能となった.本研究で構築された解析手法の有効性を検討するために,漂流物の衝突問題を実施し,実験値との比較においてよい一致が確認された.また,複数円柱物体の着水問題を実施し,構造物同士の接触に対する有効性について検討した.本年度の研究成果は,今後,浅水長波方程式とのハイブリッド化することにより,津波や高潮時での漂流物の挙動やその衝突力の予測などに効果を発揮する.なお,研究を進めるにあたり,解析プログラムには,複数のCPUを使用することのできるOpenMPを導入し,効率化を図っている.