Development of Innovative Wind Resistant Design Methods Using Energy Maps

利用能量图开发创新的抗风设计方法

• 批准号: 22K04293
• 负责人: 野田 博
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kindai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04293/
• 关键词: 数値流体計算; 流体ー構造物連成解析; エネルギーマップ; 自由振動計算; 強制加振計算; 空力不安定振動; 渦励振; ギャロッピング; 耐風設計; 流体ー構造連成解析

今年度は数値流体計算用コンピュータを購入し、エネルギーマップを作成するための研究環境を整えた。数値流体計算用コンピュータを購入後、数値流体計算による構造物の空力不安定振動の再現性を検証するために２次元正方形角柱の自由振動計算を実施した。２次元正方形角柱の自由振動計算の結果は、これまで多くの既往の研究が実施され研究代表者も以前計算した実績がある。しかし、本研究で用いる数値流体計算コード「OpenFOAM」での計算は、研究代表者は未経験の為「OpenFOAM」での検証計算を実施した。２次元正方形角柱の自由振動計算の結果は、既往の風洞実験結果ならびに既往の数値流体計算による研究結果と良い一致を示し「OpenFOAM」による構造物の空力不安定振動の再現性が確認された。自由振動計算に先立ち、静止状態の正方形角柱まわりの気流計算も実施したが、正方形角柱に作用する風圧分布や渦の発生周期（ストローハル数）は既往の研究成果と良い一致を示した。次いで、エネルギーマップを作成するために強制加振計算を実施した。対象とした構造物は、自由振動計算で対象とした構造物と同じ２次元正方形角柱とした。エネルギーマップを作成するには、種々の加振振幅と加振周期の強制加振計算を実施する必要があるが、先ずはカルマン渦による空力不安定振動を対象とし、加振周期を正方形角柱まわりに現れるカルマン渦の発生周期と同じとした。この場合、加振振幅0.2D(Dは正方形角柱の幅)以下においてエネルギーは正の値を示すことが予測されたが、多くの加振振幅でエネルギーが負の値となった。この結果は、予測と異なるばかりでなく自由振動計算の結果とも異なる。そのため、強制加振計算の手法を再考する必要があると判断した。

Our は calculated with the numerical fluid コ ン ピ ュ ー タ を buy し, エ ネ ル ギ ー マ ッ プ を made す る た め の research environment を whole え た. The numerical calculating fluid コ ン ピ ュ ー タ を after purchase, the numerical fluid calculation に よ る structure の aerodynamic unstable vibration の reproducibility を 検 card す る た め に 2 dimensional square prism の free vibration calculation を be applied し た. Two dimensional square prism の free vibration calculation results の は, こ れ ま で more く の always の research が be applied さ れ research representatives も calculation before し た be performance が あ る. し か し, this study で い る the numerical fluid calculation コ ー ド "OpenFOAM" で の computing は representatives, research は not 経 験 の is "OpenFOAM" で の 検 card computing を be applied し た. The <s:1> free vibration calculation <e:1> results of the two-dimensional square corner column, the <s:1> previous <s:1> wind tunnel experimental results ならびに, and the previous <s:1> numerical fluid calculation による research results と are in good and <s:1> consistent を, indicating that the <s:1> aerodynamic unstable vibration <s:1> reproducibility of the <s:1> "OpenFOAM" による structure is が confirmed された. Free vibration calculation に ち, stationary state first の square prism ま わ り の 気 flow calculation も be applied し た が, square prism に role す る 圧 distribution や wind vortex の 発 life cycle (ス ト ロ ー ハ ル) consistent good と い を は always の research results in し た. The するために forced vibration calculation を actual application た is made by using で で and エネ エネ ギ ギ and で ップを. Like と seaborne し た structure は, free vibration calculation で like と seaborne し た structure と じ with 2 dimensional square prism と し た. エ ネ ル ギ ー マ ッ プ を made す る に は, kind of 々 の plus と vibration amplitude and resonance cycle の force and vibration calculation を be applied す る necessary が あ る が, first ず は カ ル マ ン vortex に よ る aerodynamic unstable vibration を like と seaborne し, vibration periods を square prism ま わ り に now れ る カ ル マ ン vortex の 発 と life cycle with じ と し た. こ の occasions, and vibration amplitude of 0.2 D (D は square prism の picture) the following に お い て エ ネ ル ギ ー は is の numerical を shown す こ と が be さ れ た が, multiple く の and vibration amplitude で エ ネ ル ギ ー が negative の numerical と な っ た. The <s:1> <s:1> result and the pre-measured と are different from なるば でなく でなく the <s:1> result of the free vibration calculation でなく is different from と なる なる. Youdaoplaceholder0 ため ため, forced vibration calculation <s:1> method を, re-examination する necessary があると judgment た た.