商船設計

WisdamX

3次元非圧縮ナビエ・ストークス方程式ソルバーを改良したソフトウェア「WisdamX」をご紹介します。

WisdamX は東京大学で開発された波浪中船体運動を取り扱う3次元非圧縮ナビエ・ストークス方程式ソルバーです。これにGUI(Graphical User Interface)の装備、コードのチューニングを行い、使用の簡易化、コードの安定性向上を図ったものです。

機能と特長

  • 本計算手法は、非圧縮粘性流体運動と剛体の運動の連成問題を取り扱い、流体計算では、非圧縮性流体のナビエ・ストークス方程式と連続の式を支配方程式としています。支配方程式を有限体積法により離散化し、 MAC法のアルゴリズムで時間発展的に流場を解くことにより、各時間で支配方程式を満足する非定常解を求めています。
  • 剛体運動はナビエ・ストークス方程式により求められた流体力を積分し、剛体の運動方程式を各時間ステップで解くことにより求めています。
  • 格子系は、一般適合座標系において、船体表面に固定したO-H型境界適合格子を用いています。支配方程式であるナビエ・ストークス方程式は、船体固定座標系で解くことにより、格子の再生成をすることなく、物体が運動する計算を可能にしています。
  • 自由表面の取扱いに関しては、非線形性の強い自由表面変形への対応を考慮し、砕波や波のオーバーターニングを許す密度関数法を用いています。
  • GUIを装備することで、計算のプリポスト処理の簡易化を可能にしています。
  • 主に波浪中での挙動解析、波浪衝撃圧の推定、波浪中抵抗増加の推定に用いられ、スラミング直前までの状態における船体表面圧力を精度よく推定します。バウフレアー・スラミングによる荷重の推定に最適です。船長250Mの船に対して波高9M程度までのシミュレーションができ、この状態での船体表面圧力の精度は、実験で確かめられています。同じシミュレーションによって、船首形状(水線下および水線上)を変更し、波浪中抵抗増加を少なくすることもできます。
  • 片舷のみの計算を行い、向い波中での計算をサポートしています。
  • 船首バルブやソナードームが水面上に突出するような激しい条件での計算も可能です。
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