【粒子法】Vol.24係留状態の浮体揺動

2023年11月24日

今回は、過去のメルマガで好評だった記事から、粒子法＋機構解析を用いた「係留状態の浮体揺動」をご紹介します。
係留状態の浮体揺動は、波の高さ、浮体の形状、係留状態などによって、変わります。そこで、今回は、粒子法＋機構解析に基づいて係留状態の浮体揺動の解析を行いました。浮体の並進・回転運動、周波数応答、係留にかかる力を調べました。

目的

係留浮体の運動を検証します。
周波数応答を検証します。

解析形状

正面

上面

解析モデル

流体物性値
本解析で用いる物性値は以下のとおりです。

流体物性値

移動定義
板の振動条件

係留の定義
係留をバネで近似します。

・力 $F_{}$ = $k_{}$ ( $x_{}$ - $d_{}$ )
　バネの長さ $x_{}$
　※[1]では、非線形項を考慮していますが、本解析では考慮しません。

その他

解析条件(その他)

※浮体の運動は、xz平面に拘束する条件で設定しています。

重力方向

解析結果

粒子表示

	位置表示（係留非表示）

考察

以下の運動とその周波数応答を解析します。

・浮体のx,z方向の並進運動
・浮体のy軸周りの回転運動
・バネの力

考察：浮体の並進運動
周波数のピーク
$f$ ≃1[ $s^{-1}$ ]→ω=2π・1≃6[ $r$ $a$ $d$ / $s$ ]

並進（x軸）	並進（z軸）

並進（x軸）、周波数応答	並進（z軸）、周波数応答

考察：浮体の回転運動
周波数のピーク

f

≃1[

s^{-1}

]→ω=2π・1≃6[

r

a

d

s

]

回転（y軸まわり）	回転（y軸まわり）、周波数応答

考察：バネの力
周波数のピーク

f

≃2[

s^{-1}

]→ω=2π・2≃12[

r

a

d

s

]

バネ1の力（x軸）	バネ2の力（z軸）

バネ1の力、周波数応答	バネ2の力、周波数応答

浮体の運動
・周波数のピーク
　

f

≃1[

s^{-1}

]→ω=2π・1≃6[

r

a

d

s

]

・論文[1]
　ω≃5[

r

a

d

s

]

・[1]とconsistentな結果になっています。

バネの力
・周波数のピーク
　

f

≃2[

s^{-1}

]→ω=2π・2≃12[

r

a

d

s

]

・論文[1]
　1次モードω≃5, 2次モードω≃10[

r

a

d

s

]

・周波数のピークが論文[1]での2次モードに対応しています。
　[1]では、バネの非線形項を考慮し、本解析ではバネの非線形項を考慮してないためと考えられます。

結論

・係留浮体の運動を調べました。
・周波数応答を調べました。

結果
・浮体の運動の周波数のピークは、実験とconsistentな結果になっています。
・バネの力の周波数のピークは、実験の2次モードに対応しています。
　・本解析ではバネの非線形項を考慮してないためと考えられます。

[原文：ひっつきもっつき　転載：M.Kawahara]

参考文献

[1] 笹原裕太郎、増田光弘、南清和、増田光一、係留浮体の波浪中応答解析に対するMPS 法の適用性に関する研究（第二報）、第128回講演会（2013年5月30日,31日）日本航海学会講演予稿集 1巻1号
[2] 増田　光弘、笹原　裕太郎、南　清和、増田　光一、係留浮体の波浪中応答解析に対するMPS法適用性に関する研究

使用ソフトウェア（Particleworks）

　・　流体解析ソフトウェア　Particleworks （パーティクルワークス）製品ページ
　　　https://www.sbd.jp/products/flow/particleworks.html

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