日本船舶海洋工学会の若手研究者・技術者海外派遣制度により、平成19年1月22日から2月1日までマサチューセッツ工科大学に滞在し、長大弾性管に発生する渦励振現象の何に着目した研究が近年われているかの調査を行った。

　平成18年度より、海洋開発研究機構の所有する地球深部探査船“ちきゅう”による海底の試掘削が開始された。掘削に使用されるライザーパイプやドリルパイプはその形状から弾性的な特性を持つ。このような長大弾性管は複雑な挙動を示す。中でも主として潮流により管から剥離した渦が励起する渦励振（Vortex Induced Vibration）と呼ばれる振動現象は、管に対して繰返し荷重として働くため、疲労破壊を引起す要因となり重要視されている。

　

　今回のコンタクトパーソンであるProf. Michael S.Triantafyllou (Fig.1)の研究室では渦励振に対して実験、数値計算の両面からの研究が行われている。Figure2に示す曳航水槽において、剛体円柱を水面と平行にバネ支持し、強制動揺させて流体力を計測する実験が行われていた。

　

　

　

　このような剛体円柱を用いた強制動揺実験は、円柱の直径を変える、また強制動揺の周波数を変える実験はよく行われているが、この研究室では剛体円柱の断面の軌跡が“8”字型を描くように強制動揺させていた。この“8”字型の運動は、実長大弾性管においても発生しやすく、この運動時の剥離渦が弾性管におよぼす力が重要だということだ。

　実機の長大弾性管の外面には信号をやり取りするためのケーブル、そして浮力材等が取り付けられている。実験に使用されていた剛体円柱には、それら想定した模型となっており、ケーブルを保護し、なおかつ渦励振を軽減する形伏の付加物（Fig.2 右上）が取り付けられていた。

　残念ながら訪問時にはまだ実験準備段階だったが、PIV（Particle Image Velocimetry, 粒子画像速度計測法）装置を最近購入したということで、弾性管模型周りの流れの可視化も行なえるそうだ。PIV用の実験水槽は小さなもので、その上部に捩れ運動も可能な強制動揺装置が設置されていた。水槽内に弾性管模型を鉛直に垂らし、強制動揺させて発生する渦の可視化実験が行える装置となっていた。

　今回Prof. Triantafyllouの紹介で、同じくMITにてCFDを用いた長大弾性管の研究を行っているProf. George Karniadakisにお会いする予定であった。彼は実際にマンガン塊の掘削に関わったことがあるということで、その話も聞けることが非常に楽しみであった。しかし、彼は多忙で週に1日しかMITに来ていないということだった。今回の訪問期間中、残念ながらその貴重な1日も都合が付かず、お会いし、CFDに関する質問をすることは出来なかった。Prof. Karniadakisには、学会等のまた別の機会にお話を伺いたいと思う。

　Prof. Triantafyllouの部屋はBuilding 5 (Pratt School)にあり、同建物内を歩いている時にProf. J. Kim Vandiverという名前を見つけた。彼はSHEAR7という長大弾性管の渦励振予測の数値計算プログラムの開発にたずさわっている。またNorwegian Deepwater Program (NDP)という北海での実掘削にも関わっており、その論文も何篇か拝見したことがあった。彼がMITにいることを忘れており、今回の訪問ではコンタクトをとっておらず、またお会いしたこともなかったが、Prof. Karniadakisに会うことが出来ず予定外の時間が生じたこともあり、直接部屋を訪ねることにした。秘書のかたと話をし、その後Prof. Vandiverにお会いすることが出来た。残念ながらその日は忙しいということだったが、後日時間を作って頂くことが出来た（Fig.3）。

　彼が最近注目しているのは長大弾性管に発生する20〜30次という高次モードの渦励振であった。この高次の渦励振は管の全長が長くなるほど発生しやすいこと、また低次モードの渦励振とは長大弾性管において疲労破壊の発生場所が異なること等から、非常に重要な現象であるということだ。

　この高次渦励振に関する実験的研究として、彼の研究室では湖や実海域にて約30mのパイプを数本連結させたものを垂らし、潮流の影響やパイプを曳航することで発生する渦励振とパイプ周りの流れ（潮流分布）、力の計測を行っているそうだ。これらの実験においては、渦励振を軽減させるfairingやstrakeをパイプに取り付けた実験も同時に行われており、渦励振軽減装置の有無の両実験結果を見せて頂いたが、軽減装置の有効性を確認することが出来た。

　このような実海域での実験には多くの費用がかかるため、著者はまだ行ったことがなく、模型を用いて行う水槽実験と比較し、より実機に近い現象を再現出来るため、実海域実験が行えるというのはとても羨ましく思う。

　

　

　今回の訪問によって、実機の長大弾性管に発生する渦励振の中でも、特に重要視すべき現象が何であるかを知ることが出来た。特に高次モードの渦励振は“ちきゅう”が目標としている大水深海域での掘削を達成するためにはとても重要な現象の一つであり、検討課題であると考えられる。

　実機にとって重要な現象は、実際の掘削に関わった経験のある者が詳しいのは当然である。これまでは実際の掘削経験のあるアメリカや北欧が主となり長大弾性管の挙動や渦励振に関する研究が進められてきた。しかし、国内においても今後“ちきゅう”による掘削時の様々なデータが公表されていくことが期待でき、今回の訪問で得ることが出来た他研究者の着目点を検証し、また異なる視点から渦励振の問題点を検証していくことが可能である。

　

　著者の場合は、コンタクトパーソンとの予定がなかなか合わず、派遣期間の変更を認めて頂きました。それでも今回、Prof. Karniadakisに会うことが出来ませんでした。訪問先の都合もあるかとは思いますが、この海外派遣制度に応募されるかたは、より綿密な訪問計画をたてておくことをお勧めします。

　また研究者のかたは、自分が行っている研究に興味のある他研究者に対して、とても親切に対応して下さいます。訪問先としてコンタクトを取っていなくても、訪問先で名前を知っている研究者のかたを見かけたら訪ねてみてもいいのではと思います。

　最後となりましたが、このような貴重な機会を与えて頂いた日本財団と日本船舶海洋工学会の関係者各位、また多忙な時期の出張となりこ迷惑をおかけした大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻船舶海洋工学部門の関係者各位に感謝の意を表します。