Elucidation of phenomena from grounding and collision of hulls to total collapse and development of strength reduction estimation method until total collapse

Research Project

Project/Area Number	22K04559
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 24020:Marine engineering-related
Research Institution	National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
Principal Investigator	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)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	カルマンフィルタ / 波プロファイルの同定 / 非計測船体応答の推定 / 損傷船体 / 縦曲げ最終強度の推定 / 座礁 / 衝突 / 構造強度 / 崩壊挙動 / 強度低下
Outline of Research at the Start	船体の座礁・衝突から全体崩壊に至るまでの船体挙動は未解明であり、崩壊までの強度低下の予測方法も確立されていない。そこで本研究では、座礁・衝突後に船体がどのような崩壊過程を経てどのくらいの時間で折損・沈没に至るのかを明らかにすることを目的とする。目的を達成するために、座礁・衝突から全体崩壊に至るまでの船体挙動を時刻歴で再現可能な荷重・構造一貫解析シミュレーションシステムを整備し、システムの妥当性は縮尺模型による浸水実験や過去の崩壊実験の結果を用いて検証を行う。また、システムを用いて得られた崩壊挙動より、簡易かつ迅速に座礁・衝突後に時々刻々低下する強度を推定可能な手法を開発し成果普及を図る。
Outline of Annual Research Achievements	2022年度は、船体に作用する荷重を推定する技術の開発・検証と、損傷した船体の縦曲げ最終強度の簡易推定手法プログラムの開発・検証を実施した。船体に作用する荷重を推定する技術は、計測した船体応答の時系列データと、波に対する船体応答の応答関数を用いて、カルマンフィルタによりリアルタイムに波プロファイルを推定する手法である。波プロファイルは成分波の重ね合わせで表現され、状態量として設定した各成分波の振幅を推定することができる。さらに、得られた成分波の振幅と応答関数を用いることで、非計測の船体応答を推定することも可能である。これにより、運航中の船体の状態をリアルタイムでモニタリングすることで、損傷などによる船体の異常を確認できると期待される。また、アクリル製弾性模型船を用いた水槽試験結果（長波頂不規則波）を用いて本手法の検証を実施し、十分な精度で波プロファイルおよび非計測の船体応答を推定可能であることを確認した。損傷した船体の縦曲げ最終強度の簡易推定手法は、船体桁の断面を、パネル要素や防撓パネル要素などに分割し、各要素に平均応力－平均ひずみ関係を設定し、曲率を与えて曲率－縦曲げモーメント曲線を求め、縦曲げ最終強度を計算する手法である。この手法を実施するためのプログラムを作成し、損傷ボックスガーダーの縦曲げ崩壊実験の結果を用いて、縦曲げ最終強度の推定精度の検証を実施し、十分な精度で推定可能であることを確認した。また、損傷ボックスガーダーの縦曲げ最終強度の推定精度を更に向上させるためには、座屈や損傷部の局所変形を考慮できるように、局所変形の分曲率を増やすことや、局所変形部のひずみを増やすことなどの工夫が必要だと考えられる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2022年度は、船体に損傷が発生した場合にも応答が期待される荷重推定手法と、損傷した船体の縦曲げ最終強度の推定手法について、開発・検証を行うことができ、概ね順調に研究が進行している。
Strategy for Future Research Activity	2023年度は、座礁や衝突による損傷部から浸水等が発生した場合に、どのように船体に作用する荷重が変化するか明らかにする。そのために、計算式による検討、解析による検討、実験による検討を行う。実験等には簡易的な箱型の模型船を用いて浸水実験を行う計画である。また、荷重を繰返し受けることで、損傷部がどのように拡がっていくかの基礎的な検討も行う。損傷部の拡がりについては、材料モデルの影響についても検討を行う。