SPH-FEMカップリング解析による波浪の衝撃荷重評価
Abstract
津波に対する安全性・堅牢性が求められる構造物に対して信頼性の高い耐津波設計を実現するためには，遡上津波の動的挙動ならびに津波荷重の定量的評価が必須である．津波荷重評価に関する既存研究としては，津波の形態を砕波・非砕波段波とみなし，造波装置やゲート急開によって段波を再現することで波圧を計測する実験研究が主流である．また，漂流物の挙動(7)や転倒危険性(8)に着目した実験や，数値解析によって波の挙動を再現して津波荷重を計算する研究も数多く存在する．しかしながら，これらの研究ではいずれも構造物を剛体としてモデル化している．構造物の耐津波設計において，従来の許容応力度設計法から限界状態設計法へ拡張するためには，構造物の変形を考慮したうえで津波の荷重特性を把握することが極めて重要である．
そこで本研究では，津波の主要形態である砕波段波流れが弾性体に衝突する際の波力を数値実験によって評価し，弾性体の剛性と関連付けて波力特性を整理する．数値解析手法には，Smoothed
Particle Hydrodynamics（SPH）に基づく流体解析とFinite Element Method（FEM）に基づく構造解析をカップリングさせた流体構造連成（Fluid-Structure
Interaction, FSI）解析手法を開発する．SPHは砕波段波のような大変形する界面（自由表面）を伴う流れ問題に有効な離散化スキームとして知られている．FEMには梁要素を用いて骨組構造物の強非線形挙動を高精度に解けるAdaptively
Shifted Integration（ASI）-Gauss法を適用する．SPHとFEMのカップリング手法としては，Fictitious Domain（FD）法を用いた分離反復型解法を新規に提案する．
To establish a reliable tsunami-resistant design for building that require
a high degree of safety and robustness against tsunami, a quantitative
evaluation of dynamic behavior of run-up tsunami and resulting tsunami
loads is essential. In this research, we performed numerical simulations
of hydraulic bore flow with an elastic plate to fundamentally investigate
characteristics of wave impact loads acting on a deformable structure.
For the numerical simulations, we apply fluid-structure interaction analyses
based on the coupled SPH and FEM. The numerical simulation results suggest
that impulsive wave loads under bore can be reduced depending on deformation
capacity of structure.