Influence of the nonlinearities in waves, ship-motions, and ship-structure-responses on the expected maximum load on the ship's life
| Project/Area Number |
21H01538
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24020:Marine engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
宝谷 英貴 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (30636808)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高見 朋希 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (50586683)
松井 貞興 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (60734225)
小森山 祐輔 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (90805110)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | 最大荷重 / 弾性模型 / HOSM / FORM / 非線形 / 最大応答 / スペクトル形状 / 変調不安定 |
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| Outline of Research at the Start |
波の変調不安定現象や、高波高中の船体運動・構造応答の非線形性が、船の生涯最大波浪荷重の期待値に及ぼす影響を明らかにすることを本研究の目的とする。そのために、変調不安定を考慮した非線形な波浪中の船体運動・構造応答計算プログラムの開発、弾性模型船による波浪中水槽試験を実施し、それらの影響を詳細に調べる。また、海象を標準スペクトルで表現することの妥当性を、実船モニタリングデータから検証する。さらに、開発した数値手法をベースに、生涯最大波浪荷重期待値の合理的な推定手法を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
【数値計算】非線形時間発達（変調不安定）を考慮した波浪中の船体運動・縦曲げモーメント応答計算NMRIW-II-HOSMの開発の中で、高次スペクトル法（HOSM）の出力を元に計算された波浪内部の圧力場に高周波振動が現れるという問題が見られた。その原因が、内部圧力場計算過程で適切なanti-aliasingフィルタが適用されていなかった点にあることを突き止め、その点を改良した。改良したNMRIW-II-HOSMを用い、10,000を超える出会い波の中での不規則波中の船体応答シミュレーションを実施し、波の非線形時間発達が、船体縦曲げ応答の統計に及ぼす影響を調べた。
【実験】長さ2 mのコンテナ船一体型弾性模型を製作し、東京大学の船型試験水槽において、波浪中曳航試験を行った。波として、規則波、変調不安定波、Most probable wave episode（下記、HOSM+FORMで推定された与えられた波スペクトルの中で指定したクレスト高さを有する尤もらしい形状の波）を発生した。
【最大荷重推定】HOSMとFORM（First order reliability method）を組み合わせ、船体応答の任意の極限値を引き起こす尤もらしい形状の波（MPWE; most probable wave episode）を推定する手法の開発を行った。2021年度には、クレスト高さをターゲットとしたMPWEの推定を行ったが、2022年度には、船体縦曲げモーメント（VBM）の応答関数を考慮することで、任意のVBM値を引き起こすMPWEの推定手法を開発した。さらに、減衰力の非線形性を考慮した横揺れの1自由度の運動方程式も組み合わせ、横揺れをターゲットとしたMPWEの推定手法の開発も実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実船モニタリングデータの解析等、当初検討していた実施内容の一部が進められていないものの、下記、【数値計算】・【実験】・【最大荷重推定】の課題に注力することで、一定の、もしくは一定以上の成果が得られた。そのため、現在までの達成度としては、おおむね順調に進んでいると考える。
【数値計算】NMRIW-II-HOSMで見られた波浪内部圧力場の高周波振動の問題を解決することができた。本数値コードを用い、線形・非線形な不規則波浪場における船体応答数値計算を実施することで、波の非線形性が船体応答の統計値に及ぼす影響を調べることができた。
【実験】2021年度に予定していた弾性模型船（2m）の製作が今年度に延期されたものの、この模型船を用い、東京大学の船型試験水槽において波浪中の曳航実験を実施することができた。また、次年度、海上技術安全研究所の実海域再現水槽で実験するためのアクリル製弾性模型船（長さ3m）も予定通り2022年度内に製作することができた。
【最大荷重推定】縦曲げモーメントや横揺れという船体応答をターゲットとし、HOSMとFORMを組み合わせることでMPWEを推定することが可能となった。これは、当初の予定よりも前倒しで進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
【数値計算】2022年度に東京大学で実施した水槽実験の結果や、2023年度に海上技術安全研究所で実施する水槽実験の結果を元に、NMRIW-II-HOSMの精度の検証を行う。
【実験】2022年度に製作したアクリル製弾性模型船を用い、海上技術安全研究所の実海域再現水槽にて、波浪中の曳航実験を行う。特に、東京大学の船型試験水槽で実施することのできなかった、斜波中や多方向波中の実験も実施する。また、HOSMとFORMを組み合わせたMPWE推定の検証のための実験も行う。
【最大荷重推定】2022年度に、HOSMとFORMを組み合わせることで、縦曲げモーメントや横揺れの任意の応答値を引き起こす尤もらしい形状の波（MPWE）を推定する手法を開発した。水槽実験において、この手法により推定されたMPWEを水槽内に再現し、その中で船体応答を計測する実験を行い、提案手法の検証を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
