私たちの研究グループでは、数値シミュレーションに基づいた火山噴出物の飛散・拡散の予測と予報のために、火山噴火時の周辺流れ場および噴出物に関する統合的な解析手法の開発に取り組んでいる。開発した数値計算プログラムの性能および精度の検証に用いる流れ場に関するデータを得るために、火山周辺の密度流を再現する水槽実験装置を作成した。水槽の中で密度流を再現し、密度流にトレーサーを分散させることで、PIV計測システムにより流れ場の計測を行えることを確認した。

抄録全体を表示

本研究では、ドーム風洞における目標風速を再現するための入力風速を、機械学習モデルを用いて取得する手法を検討した。本報告では、入力風速が1面のみで、出力風速が水平1風向成分のみの場合で、LSTMモデルの設定に用いる各種パラメータが予測精度に及ぼす影響を調べた。その後、機械学習モデルを用いて、目標風速を再現するためのCFD入力波形の予測を行い、得られたCFD入力波形を用いた際のCFD出力波形と目標風速波形を比較した。その結果、時刻歴波形のうち、風速が緩やかに変化する箇所に関しては比較的精度良く予測できたが、風速が短時間に激しく変化する箇所に関しては、再現精度が落ちる傾向が見られた。

抄録全体を表示

建築物の耐風設計および強風リスク評価において、建築物周りの風速場の計測は重要である。しかし、現在の風速計測技術では、地表面付近の風速場を同時に高解像度で計測することは困難である。著者らの研究グループでは、PTV技術を活用し雨滴の飛散経路を計測することで風速を推定する手法の開発に取り組んでいる。本報告では、実環境で雨滴を追跡する方法を紹介する。具体的には、2台のカメラを用いて地上に設置した校正用板に対して校正用画像を取得し、カメラの相対的な位置と姿勢を固定したままカメラの視線を上空に振り向けることで計測対象領域の雨滴を撮影する。このための治具を製作し、また試験的に屋内環境で計測を行ったので報告する。

抄録全体を表示

我々は噴石や火山灰、火山ガスなどの火山噴出物の運動、および、火山噴出物と周囲の気流との力や熱のやり取りを記述した物理モデルを組み込み、火山噴出物の運動と大気運動を統合的に解析する計算手法を開発している。 本研究では数センチから十数センチ程度の大きさの高温の火山レキが気流中を飛散する際の熱伝達率を明らかにするため、レキを炉で加熱した後風洞内の気流中に晒し、レキと気流場の熱伝達率を明らかにする実験を風洞を用いて行い、レキの比熱、内部の熱伝導率および表面の大気との熱伝達率を求めるために、気流に晒されたレキの温度および、熱量の変化を風洞実験により求めた。

抄録全体を表示

グリッド間隔の最適化は、ラージエディシミュレーション（LES）において乱流の動的な挙動を正確に再現するために非常に重要である。本研究では、さまざまな乱流レイノルズ数にわたるコルモゴロフエネルギースペクトルを用いて、グリッド間隔と乱流スケールの関係を探る。実験室スケールのLES解析に不可欠な実用的なグリッド間隔推定グラフを提案する。提案されたグリッド間隔推定の妥当性を確認するために、商用プログラムであるANSYS Fluentを使用して、80%、90%、95%の再現された運動エネルギー比で検証シミュレーションを実施する。結果は、グリッド間隔が乱流スケールと再現された運動エネルギーから効率的に決定できることを示している。また、シミュレーションの精度と計算コストの間のトレードオフを示し、細かいグリッド間隔がより高い再現精度となる一方で、より多くの計算リソースを必要とすることを指摘している。さらに、解決された運動エネルギー比は80％以上が望ましく、解析精度を確保するための基準とする。今後の課題として、LESシミュレーションにおける理論的なエネルギースペクトルの再現性を向上させるための高度な流入変動風生成の開発が挙げられる。

抄録全体を表示

台風は、人命や建造物にしばしば大きな被害を及ぼす、自然災害のひとつである。それらの被害を少なくするため、様々な法律や基準による対策がなされている。米国では、重要な建造物において、より長期な再現期間における自然災害のハザード評価が行われつつおり、日本においても同様になることが考えられる。そこで、長期の再現期間による台風の強風ハザード評価を行うため、米国原子力規制委員会のガイドを参考に、モンテカルロ法を用いた台風ハザード評価法を構築した。構築した評価法における移動モデル、強度評価モデル、風速場モデルは、概ね妥当な結果を得ることができたが、それぞれのモデルにおける改善が必要な課題も明らかにした。

抄録全体を表示

海風による顕熱・潜熱の輸送メカニズムを解明することは、海風の冷却効果を都市内で有効利用する上で重要である。まず、ドップラーライダーを用いた計測により海風の特徴的な気流性状を抽出し、海風の定性的な特徴を把握した。その上で、WRFの結果に基づいた顕熱・潜熱収支分析を行い、移流により地表付近において海から内陸にかけて気温低減および湿度上昇が進行することが確認された。また、海風の前線部においては、移流及び乱流拡散により供給された顕熱が、主に強い移流の効果で上空約800mへと鉛直上向きに輸送されて上空大気が加熱されることが分かった。さらに、前線部の鉛直上向きの移流により、潜熱が上空へと流出して上空の空気を加湿することが分かった。

抄録全体を表示

The near-surface meteorological observation network has been established, which provides local observations to improve local objective analysis data using data assimilations. The development of high-resolution meteorological analysis data provides complementary data for predicting wind speed above urban areas. However, high-precision meteorological data requires observation data assimilation to correct the accumulated errors in weather forecast models, which means that meteorological analysis data are released with a delay. Therefore, this study suggests the Proper Orthogonal Decomposition with Linear Stochastic Estimation as a data fusion method to monitor upper-air wind speed by fusing meteorological near-surface observation data and high-resolution local objective analysis data. By comparing the predicted wind speed with Doppler lidar observations, the results show that the correlation coefficients between predicted and observed wind speed are approximately 0.84 at about 100 m and 0.86 at 200 m. RMSE of predicted wind speeds compared to observations is about 1.8 m/s in both observed heights.

抄録全体を表示

本研究では、風環境評価において2種類の都市形態に対する2方程式乱流モデルの適用性を検討した。検討は、AIJベンチマークテストCase Eと、3次元都市モデルPLATEAU（東京都庁周辺）を使用した風洞実験の２つに基づき、4つの2方程式乱流モデルを用いたCFDとの精度比較を行った。その結果、AIJ Case EではRNGkEpsilonまたはkEpslionが高精度であり、Case PLATEAUではkOmegaSSTまたはRNGkEpsilonが高精度であった。さらに、2種類の都市形態に対して単一の乱流モデルを選択する場合は、RNGkEpsilonが適すると考えられた。

抄録全体を表示

Wind-tunnel experiments with generic block arrays with the packing density of 25% were performed. Two velocity components in the streamwise and vertical directions were measured using an x-type hot-wire anemometer. The arrays were designed as those with a uniform cubic block with edges of 0.1 m and a combination of the blocks with the heights of 0.05 m and 0.15 m to investigate the effect of the height variation on the gusty wind phenomena. The result demonstrated that, above the canopy, there is little influence of block configurations on the turbulence statistic, extreme and peak factors. In addition, statistical models can predict well the extreme and peak factors for uniform and non-uniform height cases. Additional research on the influences of height variation is needed to fully understand the wind flow characteristics above the urban canopy.

抄録全体を表示

本研究は大気境界層における2次元の防風フェンスの開口配置が後流に与える影響を評価した。高さ方向に10, 20分割したフェンスが異なる開口率と開口位置の配置を持つ状況での流れ場を数値流体解析で用意した。フェンス後流の評価領域の総運動エネルギーで減風効果を評価した。開口率が低いほど減風効果が平均的に大きいが、開口部の位置配置も減風効果に大きく影響することが確認できた。また、フェンスの分割数からの影響に関して、開口率が50％である場合高さ方向に10分割した場合では均等な開口配置がもっとも大きい減風効果を示したが、高さ方向に20分割した場合では均等な開口配置よりも不均等な配置の方が大きい減風効果を示した。

抄録全体を表示

The pedestrian-level wind environment plays an important role for human safety and comfort. Although previous studies proposed several statistical models to determine probability distribution function (PDF) of wind speed based on statistics, the accuracy still needs to be improved. This study proposed an updated framework for modelling the PDF based on the mixture distribution function. The database of an isolated building case was generated by large-eddy simulations (LES) and validated with wind tunnel experiment. Three empirical distribution functions (i.e., two-parameter and three-parameter Weibull distribution (2W and 3W), and a mixture of two 2W (2W2W)) were analyzed. Two distribution parameter estimation methods (i.e., moment method (MM) and maximum likelihood method (ML)) were evaluated. It was found ML and MM methods within the 2W2W framework closely match the probability density functions obtained from LES, while the 2W and 3W methods provide useful insights but with slightly less accuracy. Both ML and MM methods achieve high accuracy at most locations, but the ML method is more stable. Conversely, if feasibility and lightweight implementation are prioritized, the MM method is recommended over the ML method within the 2W2W framework due to the extensive time-series data required by the ML method. These findings offer valuable insights for improving building design and urban planning to better handle and mitigate wind-related hazards.

抄録全体を表示

Accurate prediction of the low-occurrence wind speeds around urban structures is critical for secure building design and pedestrian safety. In general, Large-eddy simulations (LESs) are preferred over Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) simulations for the prediction accuracy in the turbulent statistics. However, previous validations focus mainly on fundamental statistics such as the mean and standard deviations of velocity components, leaving discrepancies in other statistics characterizing the unsteadiness of the flow unclear. Therefore, this study evaluates the accuracy and reliability of LESs in forecasting unsteady wind patterns around a 1:1:2 block model. By comparing the statistics determined by various advection schemes in LESs with those by wind-tunnel experiment (WTE), significant discrepancies were found, particularly in high-order statistics of the wind speeds. These findings underscore the necessity of to refine the procedure to employ LESs for better predictive accuracy, especially for the prediction of the low-occurrence wind speeds impacting urban wind environment and safer building designs.

抄録全体を表示

Indoor ventilation significantly influences human health and comfort. Although there are experimental studies on wind-induced natural ventilations, these experiments were unable to determine the genuine ventilation rate based on the velocity component normal to the opening. In this study, stereoscopic particle image velocimetry experiments were conducted for the lateral single-sided ventilation condition of an isolated cubic building to determine three velocity components within the openings. The mean and turbulent flow patterns within the opening and those at the half building height were analyzed. At the opening, the stronger turbulence can be observed for the inlet flow, while it is weaker for the outlet flow. After the flow goes into the building, the velocity fluctuations are significantly damped. Accordingly, the mean and instantaneous ventilation rates were experimentally determined to quantify the contribution of the turbulent fluctuating ventilation flow. This study is an informative supplement for understanding the ventilation mechanism and effective database for numerical validation.

抄録全体を表示

居住空間の安全性向上の観点から、都市の幾何形状が歩行者空間の乱流性状に及ぼす影響について、単純街区を用いた風洞模型実験や数値流体解析を用いた研究が行われてきた。これらの研究では複雑な気流場を分析するため高解像度のデータが求められるが、実験装置や計算装置の関係上、得られるデータセットの時間的及び空間的な制約が存在する。本研究では単純街区周辺の気流場を対象としたLarge-eddy simulationを実施し、その結果に対する特異値分析を実施した。その後、異なる空間解像度を持つデータセットを用いた特異値分析を実施し、解像度依存性を評価した。また、低ランク近似解析を用いて歩行者空間での突風現象に対する支配的な特異モードの抽出を行った。

抄録全体を表示

深層学習モデルを数値流体計算のサロゲートモデルとして用いるには課題がある。本研究では、データ駆動型手法を用いて偏微分方程式の解を効率的に学習できるFourier Neural Operator (FNO)を利用し、単体建物周辺の気流に関するLarge-Eddy Simulationの結果に基づいた三次元風速予測モデルを構築した。連続する10個の時間ステップにおける3次元風速予測のテストにより、従来のDeep Neural Networkと比較して、FNOはフーリエ変換から得られる空間情報の周波数特性を活用することで、非定常風速場を高精度に予測できる優位性を示した。また、異なる訓練データ量、フーリエモード数、フーリエ層数に対するFNOの予測精度の違いを比較し、本検討における最適なFNOのパラメータを明らかにした。

抄録全体を表示

風洞実験は実現象を精度高く再現する手法として多く用いられるが、計測における様々な制限により限られた離散的な点におけるデータしか取得できないことが多い。本研究では、物理情報に基づくニューラルネットワークPINNsを用いて、2次元都市キャニオンを対象にした風洞実験で計測される少数の離散的な風速情報から高解像度の流れ場を推定した。LESデータベースとの比較からPINNは全体的に平均風速を精度高く予測できた。また、計測データのない表面平均風圧力も物理制約の導入で予測できた。主な誤差は建物表面付近およびせん断層の速度勾配の大きい場所に生じたが、局所的にセンサーを追加することで、風速と表面風圧力の予測精度を改善した。

抄録全体を表示

先行研究において、市街地内の高層建物が周囲の建物に及ぼす影響を評価したものはほとんどない。我々の先行研究では、高層建物が周囲の低層建物に作用する風圧力に及ぼす影響を分析するための風洞実験を行い、高層建物のすぐ風下に位置する低層建物の屋上に局所的に大きな負圧が発生することを明らかにした。しかし、強風下において外装材の損傷がどの程度発生するかについては未だ議論されていない。本研究では、高層建物近傍に位置する低層建物の屋根面に作用する負のピーク風圧と風荷重の特徴を風洞実験により分析した。さらに、低層建物の屋根面に作用する風荷重に基づく構造損傷のリスクを、金属屋根の耐力と比較することにより評価した。

抄録全体を表示

アスペクト比3の正方形角柱に作用するピーク風圧係数のばらつき性状を調査した。風向角0度の条件で実時間10分に相当する18369波の時系列風圧係数を得た。ピーク風圧係数のばらつき範囲は側面前縁・後縁付近で広く、低層部でより広くなる。アンサンブル平均個数に対する真値への収束曲線は、平均数が5~30を超える場合に対数関数で近似できる可能性を示した。ピーク風圧係数の絶対値が大きい上位10波の風圧係数変動パワースペクトル密度から、ばらつき範囲が広い低層部で平均的な風圧係数変動に対して有意な差があり、風上面では無次元周波数10^-3オーダー、側面前縁では10^-1オーダーでの流れの変動によって、ピーク風圧のばらつきが生じることを示唆した。

抄録全体を表示

The unsteady aerodynamic properties of a large-span cantilevered roof were studied by means of 2D forced oscillation simulations with the k-ω SST model. The roof was assumed to be rigid with a rotational degree of freedom. The effect of roof shape and downburst wind were analyzed and discussed. The result shows that 1) curved roofs were subjected to greater wind loads though their critical velocity for instability was higher than the plate roof in ABL wind or with a pitch angle of 20°, 2) the moment loads became greater and the critical velocity decreased in the downburst wind, especially for the case with a pitch angle of 20°, 3) the curved roof shape can affect the flow pattern and change the dynamic property of wind load.

抄録全体を表示

A viscoelastic (VE) damper is an effective device for dissipating vibrations in buildings, with a broad range of applications that can effectively mitigate vibrations caused by earthquakes and strong winds. When VE materials are subjected to shear vibrations, their properties change complexly due to their frequency-, temperature-, and strain-level-sensitivities, and primarily in the thickness direction. Many one-dimensional (1D) analytical methods have been extensively studied to understand property changes in this direction, particularly for different conditions such as random loads, long-duration loadings, and multilayer configurations of VE materials. However, these methods involve very detailed and complex calculations that lead to great computation times. Pursuant to these, this study proposes a simplified 1D analytical method with high computational efficiency. This method considers the 1D modeling of each layer in multi-layer dampers and employs a constitutive model that can reproduce the temperature-, frequency- and strain-level- sensitivities of VE materials to calculate the properties of VE dampers. However, this method has not yet been applied to simulate the response of VE dampers under wind-induced vibrations. Thus, this study uses this method to simulate a wind-induced vibration experiment on a six-layer VE damper. The analytical results show a good agreement with the experimental results.

抄録全体を表示

近年、免震構造とアクティブ制御を併用するアクティブ免震の研究が盛んに行われている。アクティブ免震における従来の設計では、時刻歴応答解析による数値解析を行っているが、これは労力がかかる。そこで本報では、アクティブ免震における簡易な設計法の提案のために、最大応答と最大制御力の予測に建築物荷重指針のピークファクターを適用可能か検証する。上部構造の高さ、積層ゴムの固有周期、履歴ダンパーの降伏比をモデルパラメータとして解析を行う。数値解析結果として、荷重指針のピークファクターは最大制御力の予測に対しては適用可能だが、最大応答の予測には免震層が弾性範囲内でなければ適用できないことが確認された。

抄録全体を表示

本稿は、川幅145mの一級河川や国道と交差する最大支間長144mの鋼4径間連続鋼床版箱桁橋の耐風安定性について述べている。本橋は、台風の頻度が高い地域に架橋され、たわみ易く、さらに、幅員Bと有効高dの比はB/d=2.67程度と渦励振とギャロッピングの発生が懸念された。このため風洞試験を実施し、これらの空力弾性振動に対する耐風対策を検討した。バネ支持試験の結果より、耐風対策無しでは渦励振およびギャロッピングが発生し、これらを抑制するために水平プレートとダブルフラップが必要となった。しかし、水平プレートのみでも構造安全性は確保できるため、経済性に配慮し、ダブルフラップは実橋で使用性に問題がある振動が生じた場合に追加する方針とした。

抄録全体を表示

近年、超高層建物にも免震構造を採用する事例が増えている。一方で風外力は建物の高層化により大きくなり、風外力に対して免震層が弾性限界を超え、弾塑性挙動する可能性が高まる。また、現行の耐風設計では免震層が弾塑性挙動する場合、時刻歴応答解析が必要であるが膨大な計算処理を要するため実用的ではない。荷重指針では時刻歴解析を用いずに風応答の諸元を簡易的に算出することができ、風力の同時性を考慮し、風荷重を組合せる方法が定められている。しかし、組合せ荷重による免震層のせん断力の評価を行った事例は少ない。そこで本研究では、弾性すべり支承を有する超高層免震建物を対象とし、荷重指針に基づく組合せ荷重の評価を行う。

抄録全体を表示

免震建物の高層化により、建物の耐風性能に配慮した設計が必要となる。特に弾性すべり支承を有する免震建物においては、平均成分をもつ風方向風力を受ける場合、風応答せん断力が耐震設計で設定したすべり出し荷重を下回っても滑りだす可能性があるため、変位が想定以上に増大する恐れがある。変位が増大する原因を考察するため、先行研究ではすべり材の摩擦係数と変位増大の関係性を示した。しかし、先行研究は強制変位を与える実験方法であるため、実際の風荷重とは異なる。 本報では、免震建物の風応答変位を精査するため、平均成分を有する風方向荷重を模擬した荷重制御加振実験を行い、荷重比やガストファクターが変位増大に及ぼす影響について検討を行った。

抄録全体を表示

洋上を含む日本域における時別風向変動量を解析し、その空間分布を検討した。通年平均の空間分布では、陸域の風向変動量が周辺海域よりも大きく、洋上における風向変動量は離岸するほど小さくなっていた。冬（1月）の風向変動量は、日本海寒帯気団収束帯（JPCZ）付近と局地不連続線付近で大きかった。夏（7月）の風向変動量は、日本海よりも太平洋側の風向変動量が小さかった。日本沿岸域では一時的にその変動量が大きくなる時間帯があり、海陸風の交替に起因すると考えられる。これらのことから、日本域における時別風向変動量は季節変化と日変化があり、主に地域的な気候条件の影響を受けていることが示唆された。

抄録全体を表示

著者らは既報において青森県の沿岸部に着目した風の特性を種々の方法で調査してきた。具体的には長期観測を実施している灯台のほか洋上を定期運航されるフェリーに搭載された風向風速計や、沿岸部の陸上部で鉛直ドップラーライダーを用いた観測を実施してきた。本論文では、これらで得られた観測結果を、設計に用いられる風モデルとの比較を行い、今後導入が促進される洋上風力のリスクに関して検討を加える。

抄録全体を表示

日本政府が掲げる2030年再生可能エネルギー比率目標を受け、洋上風力発電の導入が加速している。 本研究では、気象・海象データを精緻化し、気象・海象条件が基礎・風車建設プロセスに与える影響を評価した。マルチエージェントシミュレーション（MAS）を用いて基礎と風車の建設プロセスをシミュレーションし、ERA5（ECMWF）、MSM、CWM（気象庁）のデータに基づいてプロセスの遅延の評価を行った。その結果、MSM/CWMデータ及びERA5データを用いた場合と比較して、工事日数が最大1.3倍増加することが示された。

抄録全体を表示