JP6179092B2 - 線状構造物の渦励振流体力データ計算プログラム、渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム及び線状構造物の渦励振流体力実験方法 - Google Patents
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本実施の形態における線状構造物の渦励振流体力データ計算プログラム、渦励振を考慮した設計プログラムでは、線状構造物の模型に対する実験において得られた実験流体力データを用いて処理対象となる線状構造物に働く流体力等の評価を行う。そこで、まず線状構造物の模型に対する実験による渦励振流体力実験方法について説明する。
渦励振流体力実験において取得された実験流体力データを用いて渦励振流体力データを求める渦励振流体力データ計算処理について説明する。渦励振流体力データ計算処理では、処理対象となる線状構造物の構造物条件、加振条件及びレイノルズ数に基づいて、処理対象に生ずる渦励振流体力を解析するための計算流体力データを求める。
渦励振流体力データ計算処理で算出された計算流体力データを用いて渦励振を考慮した線状構造物の設計を行う線状構造物の設計処理について説明する。線状構造物の設計処理では、1本の線状構造物の流れの中での振動を計算する。
Claims (21)
- 線状構造物である処理対象に働く流体力データを求めるプログラムであって、
コンピュータによって、
前記処理対象の構造物条件と、前記処理対象への加振条件と、レイノルズ数を演算条件として取得するステップ1と、
線状構造物に対する実験において、加振条件とレイノルズ数との組み合わせに対して得られた実験流体力データを取得するステップ2と、
前記実験流体力データを補間して前記演算条件に含まれるレイノルズ数及び加振条件における補間流体力データを得るステップ3と、
前記補間流体力データに対し、前記演算条件に含まれる構造物条件に対応する流体力データを計算流体力データとして求めるステップ4と、
前記計算流体力データを出力するステップ5を行うことを特徴とする線状構造物の渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項1に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記演算条件に含まれる構造物条件は、前記処理対象に設けられるストレーキの高さ条件とピッチ条件を含み、
前記ステップ4は、
前記高さ条件に対応する流体力データを求めるステップ4−1と、
前記ピッチ条件に対応する流体力データを求めるステップ4−2を有することを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項1又は2に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記演算条件に含まれる構造物条件は、前記処理対象への流れの流入角度条件を含み、
前記ステップ4は、前記流入角度条件に対応する流体力データを求めるステップ4−3を有することを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項1に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記演算条件に含まれる構造物条件は、前記処理対象に設けられるストレーキの高さ条件とピッチ条件、前記処理対象への流れの流入角度条件を含み、
前記ステップ4は、
前記高さ条件に対応する流体力データを求めるステップ4−1と、
前記ピッチ条件に対応する流体力データを求めるステップ4−2と、
前記流入角度条件に対応する流体力データを求めるステップ4−3を順に行うことを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記実験流体力データは、前記実験で用いられた線状構造物に設けられたストレーキの高さとピッチ及び/又は前記実験で用いられた線状構造物への流れの流入角度の組み合わせ毎の離散型データであることを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項5に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記離散型データは、複数のレイノルズ数毎に実験で得られた流体力のデータであることを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記加振条件は、前記処理対象に対する加振周波数及び振幅であることを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記実験流体力データは、実験抗力係数、実験揚力方向付加質量係数及び実験揚力方向減衰係数を含み、
前記ステップ4は、前記計算流体力データとして計算抗力係数、計算揚力方向付加質量係数及び計算揚力方向減衰係数を求めることを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項5又は6に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記ステップ4−1は、前記離散型データを補間して前記ストレーキの高さ条件に対応する流体力データを求めることを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項5,6及び9のいずれか1項に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記ステップ4−2は、前記離散型データを補間して前記ストレーキのピッチ条件に対応する流体力データを求めることを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項5,6,9及び10のいずれか1項に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記ステップ4−3は、前記離散型データを補間して前記流入角度条件に対応する流体力データを求めることを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項5〜11のいずれか1項に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記線状構造物は、円形断面を有するストレーキ付き円柱形状であり、
前記実験流体力データは、
第1範囲:(H/D,P/D)=(0,0),Re=1.5×105〜5.0×105,fD/V=0.01〜0.3,A/D=0.1〜1.1
第2範囲:(H/D,P/D)=(0.15,5),Re=1.3×105〜5.2×105,fD/V=0.05〜0.3,A/D=0.1〜0.9
第3範囲:(H/D,P/D)=(0.15,15),Re=1.3×105〜5.2×105,fD/V=0.05〜0.3,A/D=0.1〜0.9
第4範囲:(H/D,P/D)=(0.25,15),Re=1.5×105〜5.0×105,fD/V=0.05〜0.3,A/D=0.1〜0.9
ただし、
H:実験での線状構造物のストレーキの高さ(m)
D:実験での線状構造物の直径(m)
P:実験での線状構造物のストレーキの螺旋ピッチ(m)
Re:実験時のレイノルズ数
fD/V:実験無次元加振周波数
f:実験加振周波数(Hz)
V:実験における線状構造物への流れの流速(m/s)
A/D:実験無次元振幅
A:実験での振動の振幅(m)
として、前記第1範囲から前記第4範囲の少なくとも1つの範囲で取得されることを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - 請求項5〜12のいずれか1項に記載の渦励振流体力データ計算プログラムであって、
前記線状構造物は、円形断面を有するストレーキ付き円柱形状であり、
前記実験流体力データは、
第5範囲:χ=0〜45deg,Re=1.5×105〜5.0×105,fD/V=0.01〜0.3,A/D=0.1〜1.1
χ:実験における線状構造物への流れの流入角度(線状構造物への流れが直角のときを0とする)
D:実験での線状構造物の直径(m)
Re:実験時のレイノルズ数
fD/V:実験無次元加振周波数
f:実験加振周波数(Hz)
V:実験における線状構造物への流れの流速(m/s)
A/D:実験無次元振幅
A:実験での振動の振幅(m)
前記第5範囲の範囲で取得されることを特徴とする渦励振流体力データ計算プログラム。 - コンピュータによって、
請求項1〜13のいずれか1項に記載の渦励振流体力データ計算プログラムを用いて得られた前記計算流体力データを含む設定条件を取得するステップ6と、
前記設定条件に基づいて前記処理対象の静的な釣り合い条件を求めるステップ7と、
前記釣り合い条件及び前記計算流体力データを用いて設定振動周波数における前記処理対象に働く流体力を計算するステップ8を行い、
前記設定振動周波数を変化させつつ前記ステップ8を繰り返して、前記処理対象に働く流体力を計算して前記処理対象が前記釣り合い条件に達したかを判定することを特徴とする渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム。 - 請求項14に記載の設計プログラムであって、
前記ステップ8の繰り返し処理において、前記渦励振流体力データ計算プログラムを用いて前記計算流体力データを再計算し、再計算された前記計算流体力データを用いて前記処理対象のバランス点が前記釣り合い条件に達したかを判定することを特徴とする渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム。 - 請求項14又は15に記載の設計プログラムであって、
前記ステップ8は、前記処理対象が置かれた潮流条件を用いて前記処理対象に働く流体力を計算することを特徴とする渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム。 - 請求項14又は15に記載の設計プログラムであって、
前記ステップ8は、前記処理対象の固有振動数を算出し、前記処理対象に働く流体力を計算することを特徴とする渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム。 - 請求項14〜17のいずれか1項に記載の設計プログラムであって、
前記処理対象に働く流体力を用いて前記処理対象の疲労評価を行うステップ9を備えることを特徴とする渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム。 - 請求項14〜18のいずれか1項に記載の設計プログラムであって、
前記ステップ8における流体力の計算は、有限要素法を用いて行われることを特徴とする渦励振を考慮した線状構造物の設計プログラム。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の渦励振流体力データ計算プログラムに用いる前記実験流体力データを得るための渦励振流体力実験方法であって、線状構造物の部分模型を強制揺動させて、加振条件とレイノルズ数との組み合わせに対する前記実験流体力データを取得することを特徴とする渦励振流体力実験方法。
- 請求項20に記載の渦励振流体力実験方法であって、
前記部分模型は、実物大模型であることを特徴とする渦励振流体力実験方法。
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