研究内容RESEARCH CONTENT
粒子法を用いた流体シミュレーションに関する研究(1)
近年,粒子法と呼ばれる新しい数値解析手法が提案され,大変形問題や,衝突,破壊,流体解析等の分野で適用が進んでいます. 本研究室においても,構造物に作用する流体力評価に関する研究や,境界要素法等の他の数値解析手法とのハイブリッド計算手法の構築を目的に, 粒子法の研究に取り組むことをはじめました. 上の図は,ダムブレイク問題の実験と数値解析結果を比較したものです. 今後は,本手法を応用した様々な研究を行っていく予定です.
粒子法を用いた津波シミュレーションに関する研究(2)
近年、津波による橋梁上部構造の流出が問題になっており、 南海トラフ巨大地震などの大規模地震への対策が進められています。それらを考えるためには、 上部構造に作用する津波の流体力を適切に評価する必要があります。実際の橋梁を用いて津波実験を行うのは現実的に困難なため、 数値解析を行うことは非常に有効であります。また、津波のような界面の大変形を伴う解析には粒子法が適しています。 上の図は粒子法を用いて、上部構造の流出の解析を行った結果です。
堰下流の局所洗堀を対象としたE-MPS・DEMカップリングモデルを用いた液相・固相の混相流数値解析に関する研究
近年，日本では上流からの土砂供給の減少等により河床低下が進行している河川は少なくありません．河床低下が進行すると， 堰や床止めなどの河川横断構造物の破壊を引き起こします．堰の破壊現象は流況，河床，さらに護床工が動的に相互作用しあうため， 従来利用されてきたEuler的な数値流体解析法では対応が難しい点もあります． 本研究は堰下流の局所洗堀を計算するため液相・混相の混相流数値解析を行っています． 数値流体解析手法としてLagrange法的な手法を用いた数値流体力学に着目し，MPS法の一つであるE-MPS（Explicit MPS）法を用いています． 本手法は格子を必要としないため，本研究で対象とする段落ち部における局所洗掘現象や護床工の流出に追従した流況計算が可能となる利点があります． 河床を形成する土砂はLagrange法である個別要素法（DEM）を用いています．上図(左)は水理模型実験より得られた流況と局所洗堀の様子で， 局所洗堀の変化に伴いながら噴流の形態が変化していくことがわかります．上図(右)は解析結果を示しており，実験と同様， 局所洗堀の変化に伴いながら噴流の形式がそれぞれ、attached jet、wave jump、attached jetと変化しており， 流体と河床が複雑に相互に作用しながら変化していく現象を解析できていることがわかります． 現在は，局所洗堀の進行に伴う護床ブロックの流出を評価するため，さらに剛体である護床ブロックを加えた連成解析モデルの構築を進めています．
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