均質化手法を用いた船体の縦強度の全船動的有限要素解析

• Project/Area Number: 05750820
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 船舶工学
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 克幸 東京大学, 工学部, 講師 (10235939)
• Project Period (FY): 1993 – 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1993: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 有限要素法 / 均質化法 / ティモシェンコ梁 / 動的解析

Research Abstract

船体の構造解析に対し、一つのブロックを単位セルとした1次元方向への周期構造物とみなすことによって均質化手法を適用した。ティモシェンコ梁の基礎方程式に対して均質化手法の式を導き、特性関数の満足すべき弱形式を導いた。これは、従来の有限要素解析に適当な境界条件と体積力の項を付加することによって行うことができる。簡単な船体のモデルに対して、この特性方程式を解き、等価な曲げ定数、剪断定数を求めることができた。
次に、その等価な梁の弾性係数を用いて、流体力をストリップ方に基づき計算し、船体全体を規則波中において動的解析を行い、全体の挙動を計算した。
最後に、その全体挙動の中で問題となるであろう時間を推定し、その時間に対してはじめに特性関数を求めるのに用いた有限要素メッシュと同じメッシュを用いてローカルな応力状態の解析が行われた。
この解析をいくつかの周期性を持った構造物に適用することによって、一般に周期性をあげれば十分な精度でローカルな応力状態を求めることができることが示された。しかし、周期性が十分でないとどうしても解の信頼性も落ちがちであり、実際に船体構造に適用する上での問題点として残った。
この方法によって、従来計算の負荷が大きくなりすぎて行なうことが難しかった全船の動的解析、そしてその結果に基づいた細かい部分の応力解析も容易に行なうことができるようになることが確認された。ただし、実用化への問題点として十分に周期性のない構造物に均質化手法を適用したときに解がどれだけ信頼できるかの検討を行う必要がある。これに関しては今後の研究、特に均質化のモデル化に対する誤差解析の手法の開発などが必要であろう。