ダムブレイク流体-構造連成 — 数値解法と実装

ダムブレイクのような激しい自由表面流れではVOFかSPHが主流だ。

SPH-FEM連成が使われる。流体をSPH粒子、構造をFEM要素で表現し、接触アルゴリズムで荷重を伝達する。LS-DYNAのDEFINE_SPH_TO_SPH_COUPLINGまたはCONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLIDが代表的な実装だ。

OpenFOAMのinterDyMFoam（VOF＋動的メッシュ）とsolids4foam（構造ソルバー）を組み合わせる方法がある。preCICEを介してOpenFOAM（流体）とCalculiX（構造）を連成させるアプローチも人気だ。

interFoamの基本方程式はVOF付きNavier-Stokesで、MULESアルゴリズムで界面を鮮明に保つ。

衝撃圧は閉じ込め空気（entrapped air）の圧縮性に強く依存する。非圧縮仮定のVOFでは衝撃圧のピーク値を過大評価する場合がある。

対策として圧縮性VOF（compressibleInterFoam）や、空気クッション効果を人工的に導入するモデルが使われる。実験との比較では、圧力ピーク値のばらつきが大きい（変動係数30〜50%）ことを認識しておく必要があるよ。

その通り。構造の固有周期と荷重の持続時間の比が動的倍率を決める。短時間衝撃は構造が追従しないから、インパルス（力×時間）で評価する方が適切な場合も多いんだ。