(1) 波浪中浮体の有限振幅動揺の解析

• 　本計算法の応用で、最初に考えられるものは自由表面と浮体の有限振幅運動の解析です。波浪流体力や浮体運動の波高依存性の評価、過渡水波や巻波に対する浮体の過渡応 答の解析、自由表面上の形状の違いが浮体運動に及ぼす影響の評価など、種々の有限振幅運動解析への応用が考えられます。従来、有限振幅動揺の解析には摂動法がよく用いられ、波高影響は波高に比例する線形項に波高の高次に比例する非線形項を加えたものとして表現されて来ました。本計算法は摂動展開を必要とせず、数値解は高次成分を含んだ時間波形として得られますが、数値解をフーリエ展開することで高次成分を分離し、摂動法による結果と比較することが可能です。
  　最初に左に示す船体中央横断面形状をした２次元浮体が波長2.7m、波高10cmの規則波中で自由動揺している状態の計算例を紹介しましょう。

  　

  船体運動

  　この波形は造波機で発生された波が浮体に到着し、過渡運動を経てほぼ周期的定常運動に達するまでの浮体運動の計算波形です。水槽実験と見間違うような波形ですね。実際に水槽実験の計測波形と良く一致しています。

ﾊ

流体力

• 　この波形は上の計算で得られた浮体に働く流体力です。この流体力には波による強制力、浮体が波を反射したり回折させたりすることで生じるディフラクション流体力、浮体が動揺して波を放射することで生じるラディエーション流体力等の成分がすべて含まれています。

流体圧力の計算例

• 　この波形は上の計算で得られた浮体表面での水圧です。浮体が受ける水圧は静水圧、動圧、変動圧から成ります。線形理論に基づく計算法では動圧は高次の微小量として無視されますが、横揺振幅が大きい時のビルジ部近傍等、流速の早 い箇所では動圧成分の影響は無視できません。本計算法では静水圧は計算点の位置、動圧は速度場の解、変動圧は加速度場の解から計算され、動圧の影響も厳密に考慮することが可能です。また、浮体の運動計算にも動圧の影響が反映されています。大型船縦通肋骨材の強度に関する研究(SR216)では、船体中央部の船側水圧が研究対象のひとつでした。喫水線近傍の点での圧力を計測すると、水面からの出入りにより水圧波形の一部が大気圧のレベルでカットされた波形が得られます。本計算法では、水面からの出入りも厳密に考慮することが可能であり、計測波形と非常に良く対応する計算波形が得られます。

アニメーション

• 　上の計算とは異なる計算例です。楕円形状をした浮体が狭いプール内で自由動揺している様子をシミュレートした結果をアニメーション(Quicktime movie)で紹介します。
  小さなサイズ(1MB)　PTFSS.mov
  大きなサイズ(4MB)　PTFSL.mov