港湾内の複数浮体を対象とした効率的な動揺解析法の開発
減衰散乱波モードを取り込んだ形で新たな緩勾配方程式系を導いた。これに基づき、港内の浮体の動揺解析問題を対象とした数値モデルをガラーキンタイプの有限要素法を用いて開発した。本モデルでは、船体近傍や船体底面下を含む港内全領域を平面2次元場として取り扱えるため、既存の部分3次元モデルと同等の精度・一般性の高さを保持したまま計算効率を大幅に改善する事が可能である。さらに、このモデルでは、係数マトリックス中の非0要素のみを1次元配列に格納し、双共役勾配法を適用して離散化方程式の解を求めているため、必要となる計算機容量が既存モデルよりも飛躍的に削減されている。その結果、このモデルを用いることにより超大型浮体や大型港湾内の多数浮体の動揺解析を現実的に取り扱うことが可能となった。本論文では、従来の部分3次元モデルと比較することにより本手法の妥当性を確認し、さらに、計算例として矩形港湾内の複数浮体の動揺解析を行い、浮体の動揺量や波高分布の予測には、浮体間の相互作用や全浮体による回折・発生波の影響を考慮することが重要であることを示した。
Modeling the Wave-induced Motion of Multiple Ships in a Harbor
A model based on expanded mild-slope equations(EMSE), taking into account of evanescent modes, is derived for the analysis of wave-diffraction and radiation by multiple floating bodies in a harbor. A Galerkin-type finite element method is applied to the numerical modeling. In this model, the fluid motion in the whole harbor domain is represented in vertically integrated forms. This acheives a much higher computational efficiency than conventional "partially three-dimensional" models. In addition, the present model is designed to reduce the required computational storage by assigning all non-zero elements in a two-dimensional matrix for the model to a one-dimensional array. This is what allows us to study the case of multiple floating bodies. Numerical computations with nine ships in a rectangular harbor demonstrate interactive ship motions and their effect on wave deformation in the harbor.
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