報告書番号

U00028

タイトル（和文）

境界要素法を用いた浮体構造物の３次元有限振幅運動の解析法

タイトル（英文）

A Numerical Model for Three-Dimensional Floating Body Motion in Nonlinear Water Waves using the B.E.M.

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

非線形平面波作用下における係留浮体の３次元有限振幅運動の解析手法を非線形ポテンシャルモデルに基づき開発した．本手法は，流体の速度場と加速度場の境界積分方程式および浮体の運動方程式を連立させて，流体を取り囲む水面，浮体没水部等を要素分割して解く境界要素法に基づいている．解析時には，水面の要素節点の移動を水粒子の３次元運動と一致するようにラグランジュ的に算定するとともに水面の力学的境界条件を厳密に満足させる．また，浮体の運動方程式を解いて得られる６自由度運動を座標変換して，浮体没水境界節点の移動を計算する．このため，水面や浮体境界が大変位する場合でも流体境界の移動を高精度で再現できる．非線形波の解析解との比較、非線形断面２次元境界要素法との比較および既往の係留浮体の３次元動揺実験結果との比較によりその妥当性を検証した．最後に、防波堤開口部を有する港湾内に係留された浮体を対象に計算を行い考察を加えた．

概要 （英文）

A numerical model is developed for 3-D floating body motion in nonlinear water waves based on the nonlinear potential using the Boundary Element Method(B.E.M.).In this numerical model, the equations of the boundary integral equation of the velocity and acceleration fields and the six-degrees of freedom motion equations of a floating body are simultaneously solved. Then, the movement of the element nodes on the free water surface is evaluated to coincide with the 3-D motion of water particle by the Mixed Eularian and Lagrangian method (MEL) and it must strictly satisfy the dynamic boundary condition on the water surface. After the coordinates of the six-degrees of freedom motion are transformed, the movement of the arbitrary element nodes on the body surface is evaluated and updated for next time step. So, this numerical model can correctly reproduce large movements of the fluid boundaries, such as the free water and floating body surfaces with large amplitude motion. The validity of this numerical model is verified through the comparison with the theoretical solutions of nonlinear waves such as the 5th order Stokes and the 3rd order Cnoidal waves, the fully nonlinear 2D-B.E.M. and the 3-D experimental results subject to moored floating plant barge. Finally, this numerical model is extended for the 3-D floating body motion in a semi-closed mooring basin surrounded by breakwaters with the opening and simulated and discussed.

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