CFDによる流体力学・固体力学混合問題の解析およびその実験的検証

CFD混合流体力学/固体力学问题分析及实验验证

• 批准号: 08875037
• 负责人: 高野 泰斉
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 1997
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08875037/
• 关键词: 衝撃波結石破砕術; 衝撃波; 応力波; 弾性力学; 固体力学; 弾性波; 有限体積法; ゴドノフ法

本研究では,水中を伝播する衝撃波を結石に集束し破砕する体外衝撃波結石破砕術に関係し,流体力学と固体力学の混合問題に対する数値計算手法を確立し、対応する実験的研究を行った.まず,固体中の応力波伝播現象を模擬するために,Elastodynamic Equationsに対し有限体積法を適用し,体積要素境界における流束ベクトルはGodunovの考え方に基づき決定する計算法を開発した.2次元矩形弾性体および任意形状の弾性体中の応力波のシュミレーションを行ない,計算で得られる波面がホイヘンスの原理に基づく波面と対応する事を確かめた.次に,気体力学シュミレーションのRoeスキームにより固体回りの衝撃波流れ場を計算し,固体表面圧力分布から固体内部の応力分布を求める方法で,強い衝撃波によって固体内部に誘起される応力波のシュミレーションを行った.更に,液体中の弱い衝撃波の挙動を模擬できる液体モデル方程式にRoeスキームを応用し,今回開発した弾性力学計算手法と連立することで,液体中に置かれたガラス円柱と衝撃波との相互作用のシュミレーションを行い,実験結果に比較できる結果を得た.最後に,無隔膜衝撃波管を利用して応力波伝播現像の実験を行った.衝撃波管の管端に接続した拡大管路にアクリル樹脂のブロックを固定し,アルゴン気体中に衝撃波を入射する事により弾性体中に応力波を伝播させ,ナノスパークを光源として,カラー・シュリーレン法により応力波面を可視化し瞬間写真撮影を行なった.今回の実験結果では気体中の衝撃波面と固体中の応力波面を同時に撮影することに成功したが,固体中の応力波の解像度についてはまだまだ改良の余地があることも分かった.

This study is about the relationship between hydrodynamics and solid mechanics and the relationship between hydrodynamics and solid mechanics. Numerical value calculation techniques are established, and the research on the numerical value calculation method is done. Equationsに対しFinite volume methodをapplicableし,Volume element realmにおけるStream flowベクトルはGodunovのKaoえsquareにbaseづきdeterminationするCalculation methodを开発した.2-dimensional rectangle Sex body およびarbitrary shape sex body 中の応力波のシュミレーションを行ない, calculation is doneれる波面がホイヘンスの principle にbased づく波面と対応する事を正かめた.时に,気physical power Learn how to calculate the wave and flow fields of solid back and forth waves, The pressure distribution on the surface of a solid is a method for finding the pressure distribution inside a solid, and the pressure of a strong wave is solid.にれる応力波のシュミレーションを行った.に induced in the body, weak shock in the liquid The simulation of the wave movement and the liquid liquid equation are used, and this time it will be opened The calculation method of elasticity mechanics is as follows: Interaction のシュミレーションを行い,実験RESULTS にComparison できるRESULTS をGETた.Finally に, The diaphragm-less impulse wave tube utilizes the force wave propagation phenomenon of the wave propagation phenomenon. The impulse wave tube is connected at the end of the tube. The large pipeline is fixed by the にアクリル resin, and the アルゴン氰 is in the body and the wave is incident.する事により弾性体中に応力波を伝波させ,ナノスパークを光源として,カラー・シュリーレン法により応力波面をVisualizationしinstant photoshootingを行なった.This time's の実験As a result, the impact wave surface in the solid body and the force wave surface in the solid body were simultaneously photographed and the success was achieved. , the resolution of the force wave in the solid has room for improvement.

项目成果

Y.Takano, K.Hayashi, T.Goto: "Simulation for Stress Waves Induced in Solid Material by Reflection of Strong Shock Weves" Proc.of Int. Conf on Fluid Eng.Tokyo. 1. 413-416 (1997)

Y.Takano、K.Hayashi、T.Goto：“通过强冲击波反射模拟固体材料中诱发的应力波”Proc.of Int。

Y.Takano, K.Hayashi, T.Goto: "A Computational Procedure for Interactions of Shock Waves with Solid Materials in Liquid" Proc.of 21st Int.Symposium on Shock Waves,Australia. (1998)

Y.Takano、K.Hayashi、T.Goto：“冲击波与液体中固体材料相互作用的计算程序”第 21 届国际冲击波研讨会论文集，澳大利亚。

Y.Takano, T.Goto: "A Godunov Scheme for Elastodynamics" Proc.of Int.Conf on Comput.Eng.Sci.,Atlanta. (1998)

Y.Takano、T.Goto：“弹性动力学的 Godunov 方案”Proc.of Int.Conf on Comput.Eng.Sci.，亚特兰大。

Y.Takano,K.Hayashi,T.Goto: "A Computational Procedure for Interactions of Shock Waves with Solid Materials in Liquid" Proc.of 21st Int.Symposium on Shock Waves.

Y.Takano、K.Hayashi、T.Goto：“冲击波与液体中固体材料相互作用的计算程序”第 21 届国际冲击波研讨会论文集。