エネルギー保存性の高い高精度粒子法の開発及び改良型気液二相流モデルの構築

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研究計画では，砕波のシミュレーションを開発したエネルギー保存性の高い気液二相流モデルにて実施し，封入空気と衝撃波圧に関して計算力学的に検討することを目標としていた．しかしながら研究を進める中で，上記目標の達成のためには，砕波の構造物への衝突に起因する壁面構造体の変形とそれに伴う流体―構造体間でのエネルギー交換の評価が重要であることが確認された．そのため本年では，エネルギー保存性の高い粒子法型構造体モデルならびに高精度粒子法との連成による完全Lagrange型FSIソルバーの構築に取り組んだ．構造体モデルに関しては，線形運動量・角運動量保存則に対して構成則であるHookeの法則を用い，完全Lagrange型の計算手法であるMPS型の微分演算子モデルを通して離散化するMPSモデルと，超弾性体を対象にひずみエネルギー関数を定義しその空間微分によって運動方程式を記述するHMPS (Hamiltonian MPS)モデルを導入した．高精度MPS法による液相モデルと連成することで完全Lagrange型FSIソルバーを構築し，構造体モデルとFSIソルバーの両者についてエネルギー保存性を含む各種物理量の保存性の検証のための三次元計算を実施した．得られた結果より，HMPSモデルおよびMPS-HMPS FSIソルバーは流体-構造体両面において高いエネルギー保存性と計算安定性，計算精度を持つことが確認された．得られた成果は，欧州の粒子法研究ソサエティーSPHERICの主催するSPHERICワークショップに投稿，発表した．