非圧縮性固体-流体連成解析のための陰的Particle-in-cell法

抄録

空間固定の直交メッシュに基づくPIC (Particle-in-cell)法を用いた固体-流体連成解析法に着目し，固体の応力波による時間増分制約を緩和することで，より効率的な固体-流体連成解析を可能とするため，陰的時間積分法を用いたPIC法を提案する．PIC法では，固体はラグランジュ粒子の集合として表現され，応力・ひずみ等の固体の物理量はラグランジュ粒子上で計算される．一方，運動方程式や空間微分量は空間固定メッシュ上で計算される．固体領域を陰的に解くために，4階のヤコビアン・テンソルを導入することで，固体応力を線形化する．本論文で提案した手法の妥当性と有効性は，流体-構造連成のベンチマーク問題において固体変形・エネルギー時刻歴・空間収束性などの観点から検証する．