中村恭志研究室 東京工業大学 環境・社会理工学院 融合理工学系/地球環境共創コース

河川には堰や橋脚、水制など様々な工作物があります。それら工作物は流れを調え、河川水位をコントロールするなど、河川の有効活用と防災に役立っています。その一方、河川での水難事故のかなりの件数がこれら工作物周辺で生じています。研究室では様々な河川工作物を取り上げ、その周辺で生じる複雑な流れの危険性を人体と流れの同時解析シミュレーションで明らかにする研究をしています。下の動画は卒業研究として取り組んだ水制周辺での溺水シミュレーションです。岸近くの流れの勢いを弱めるため、岸から河川中央へ張り出して設置される水制では、その後部に渦を伴う複雑な流れが生じます。誤って水制から転落した場合、水制後部の渦を通過する時に水中へ何度も引き込まれてしまう可能性が研究により示唆されています。

(実際の3倍速で再生)

(人体周辺のズームアップ；実際の3倍速で再生)

研究室では水難事故の危険性評価に取り組んでいます。最近、体重に対する表面積が大人よりも大きくなる若年層(子供)について、その体型の影響に関心を持っています。子供の体のモデル化に関連して、浮力の計算精度チェックをした試行計算結果のひとつです。

研究室では大学院修了・大学卒業のシーズンに入り，学生さんそれぞれが自分の研究成果を論文発表会で発表しています。皆さん，COVID-19で厳しい状況にもかかわらず立派な成果を出してくれました。お疲れさま！

学部３年生が研究活動の体験をしに来てくれました。下はその際に行ってくれたシミュレーションです。物体の種類・配置を変え，波高１０mの津波のシミュレーションをしてくれました。

Case1:丸太と人

Case2:車・電柱・自転車・家具と人

3次元データを汎用的なSTL形式から入力できるようにシミュレーションモデルを改良しました。波高10mの巨大津波の影響を試行的に計算した結果です。

河川では堰などの構造物付近で水難事故が多発することが知られています。下記は橋脚後方に生じる渦による水中への引き込みをシミュレーションしたものです。

学部授業の一環として，学部生が研究活動に参加してくれました。下のアニメーションはその活動で行ってくれた津波に飲まれたドラム缶と人体の衝突のシミュレーション結果です。

今年も残りわずか，大学院生も学部生も論文執筆に向けた「頑張りどき」です。

下のアニメーションは修士課程の学生さんが取り組む「ボート漕法の数値解析」です。

こちらは学部生の取り組む落水のシミュレーションです。

機械学会バイオメカニクス部門の国際紙であるJournal of Biomechanical Science and Engineering (JBSE)において、Ajimaさんが博士研究の内容をまとめた論文がPapers of the year 2019を受賞しました。

D. Ajima, T. Nakamura, T. Araki, T. Inoue, A. Kurisu, Development of a coupled human fluid numerical model for the evaluation of tsunami drowning hazards, http://jbse.org/awards/2019.php

Ajimaさんおめでとうございます。

 

アジア太平洋地域で最大の計算機械工学分野の国際会議 Asian Pacific Congress on Computational Mechanics (APCOM)が12月17日から台湾で開催されたました。雪崩に巻き込まれた人が受ける衝撃力を３次元シミュレーションで解析する研究について修士２年生が発表しました。雪崩先端の衝突で空中に放り投げられるため、人体へ加わる衝撃力は固定構造物に対するものより減少する可能性があります。その一方、空中からは頭部を下に落下するため、頭部へ重大な衝撃を受ける可能性があることを報告しました。