エンジンピストンピン－コンロッド小端間の相変化を伴う潤滑油液膜流れに着目し、構造体の弾性変形と流路変化を考慮した混相流体－構造体連成解析手法を新たに開発し、高負荷条件下におけるトライボロジー特性に関するシミュレーション予測法を開発しました．その結果、摺動部における摩耗・焼付き発生部位のシミュレーション予測に成功するとともに、構成部品の特異な変形挙動が摩耗・焼付きの発生要因であることを発見しました。

流体潤滑における摩耗・焼付き発生部位の検証には計算による予測は不可能であると考えられてきましたが，本研究では摺動部における摩耗・焼付き発生部位のシミュレーション予測に成功しました．

• スーパーコンピューターでエンジンピストンピン摺動部における摩耗・焼付き発生部位に関するシミュレーション予測に世界で初めて成功した。
• ピストンピンの弓なり状の変形が、コンロッドエッジにおける機械接触・焼付きの原因であることを特定した。
• ピストンピンとコンロッド双方の弾性変形ならびに非定常流路変化を伴う薄膜キャビテーション注1潤滑を考慮した、3次元混相流体－構造体連成解析手法注2の開発に成功した。

本研究手法は自動車用エンジンのみならず流体潤滑を用いた全ての摺動部品要素に適用可能であり、輸送機械・産業機械の損傷予測や構成要素の安全性指針策定に貢献します，構成要素の最適設計が可能になります．

• ダイカストの特性上，実機でデータの取得は困難である．そこでダイカストプロセスに関する数値解析的アプローチが注目されており，数値解析から得た情報を鋳造方案に落とし込むことで試作回数を減らし，製品開発までのリードタイム・コストを削減することが期待されている．本研究では，高圧ダイカストプロセスにおける自由表面を伴うMold 内部アルミニウム溶湯の凝固現象を伴う混相流動解析を実施した．

自動車業界，自動車サプライヤー，鋳造産業への応用が期待される．本解析手法により，先端ダイカストにおける金型内部状態を精度よく再現し，解析結果をもとに鋳巣発生の原因を特定することが可能となる．

• 「キャビテーション現象」は、高速流体機械などの低圧部において液相が気相へと相転移する現象であり、その非定常性や壊食性が流体機械の振動・騒音、性能低下や損傷などの原因となることで知られている。
• 国産液体ロケットであるH − IIA、IIB に搭載されている液体酸素・液体水素ターボポンプは、高馬力かつ小型軽量化がなされており、その入口部のインデューサと呼ばれる軸流ポンプではキャビテーションは不可避的に発生する。インデューサに発生するキャビテーションは、推進剤の脈動や回転非同期の軸振動の原因となる「キャビテーション不安定現象」を引き起こす場合があり、問題となる。
• これまで、独自に開発した気液二相媒体モデルを用いた数値解析手法により、単独翼に発生する非定常キャビテーション特性、翼列に発生するキャビテーションの破断特性、三枚周期翼列に発生するキャビテーション不安定現象の解明、インデューサに発生する翼端渦キャビテーション、スリット翼列によるキャビテーション不安定現象の抑制、などに関して数値的研究を行っている。また、液体ロケットの推進剤である液体酸素および水素では「熱力学的効果」が発生する。熱力学的効果とは、液相が気相へと相転移する際に奪われる気化熱により、液温が低下し、気化が起こりにくくなる効果である。これはキャビテーションの成長を抑制する方向に働く好ましい効果であると考えられているが、キャビテーション不安定現象に及ぼす影響については未解明の点も多い。よって現在、本解析手法を極低温流体へと拡張し、熱力学的効果がキャビテーション不安定現象に及ぼす影響の解明を行っている。
• 今後、この極低温キャビテーションの数値解析手法を、ＬＮＧ配管系で生じる気化現象の予測や高効率配管系の設計へと展開していきたいと考えている。その他、本研究は原子力発電プラント保全技術、海洋・沿岸安全技術、水質保全、医療分野への応用が可能である。
• この数値解析手法を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

浮体式洋上風車・次世代航空機は軽量細長なブレード・翼を有するため，非線形空力弾性変形が避けられません．本研究では回転座標を一切使わない高効率な非線形空力弾性解析法を構築してきました．また，この非線形空力弾性変形は浮体の揺動や航空機の舵面駆動といったボディ同士の相対運動（マルチボディダイナミクス）と連成します．我々は支配方程式レベルからこの新たな連成問題に対する解析法の構築に取り組んでいます．

本研究で提案する非線形解析法を用いれば，従来の線形解析法では捉えることができない大変形に伴うフラッタ発生速度の低下や変形と飛行挙動の連成現象を扱うことができます．

• 回転座標を一切使わない分かりやすい非線形構造解析法
• 大変形に対応した高効率な非定常流体計算法
• 浮体の揺動や航空機の舵面駆動といったボディ同士の相対運動を捉えるマルチボディダイナミクス

流体構造関連機械の挙動予測・空力弾性解析・構造解析・振動解析・空力解析
・浮体式洋上風車
・衛星航空機，高アスペクト比翼旅客機
・ヘリコプター，ドローン
・ロボット，建設機械