No.30「流体と構造の連成解析」

No.30
流体と構造の連成解析 ~橋梁の津波荷重解析~

連成解析

数値解析によるもの作り支援(CAE)は、あらゆる産業分野で必要不可欠なものとなってきました。その応用範囲のさらなる拡大のために、二種類以上の異なる物理現象の相互作用を考慮した連成解析(構造、流体、熱、電磁気などの組み合わせ)の重要性が高まっています。連成解析は高度な専門知識と経験が必要な技術ですが、ここでは津波荷重解析を例にとり、当社の連成解析事例をご紹介致します。

連成解析の事例

鉄筋コンクリート製の橋梁(高さ15m)に高さ25m(初期傾斜30°)の津波が衝突した場合を想定し、津波に対する橋梁の耐力を評価するため、流体解析(津波による橋梁に作用する流体力)と構造解析(流体力による橋梁の変形・応力応答)の組み合わせで連成解析を行いました。

解析は二通りの方法で行いました。一つめは当社での実績が豊富なCEL(Coupled Eulerian-Lagrangian)法を用いた解析です。流体モデルが物理的に厳密で、モデル化の精度が高いなどの特長があります(図1)。二つめは最近実用化された方法で、流体を仮想粒子でモデル化した、SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法を用いた解析です。大規模モデルの作成が容易で、破砕や破壊などの離散現象の解析が容易であるという特長がありますが、計算時間は前者の1.5倍程度を要します(図2)。

当社では、流体力による鋼管の渦励起振動解析(構造-流体連成)、ラップシーム溶接解析(変形-温度-電場連成)など様々な事例に取り組んでおり、高度な解析技術を有したスタッフが、解析対象に最も適した解析方法を選択し、お客様のニーズに合ったソリューションを提供いたします。

図1 津波を受けた橋梁の応力分布(CEL法)
図1 津波を受けた橋梁の応力分布(CEL法)
図2 津波を受けた橋梁の応力分布(SPH法)
図2 津波を受けた橋梁の応力分布(SPH法)

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JFEテクノリサーチ株式会社 営業本部