| Project/Area Number |
24K01102
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
大坪 和久 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, グループ長 (50435773)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石田 圭 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (60636827)
中條 俊樹 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, グループ長 (70506477)
小森山 祐輔 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (90805110)
奥田 隆輔 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (21000423)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2025: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
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| Keywords | 洋上クレーン作業 / 浮体式風力発電 / セミサブ型浮体 / 柔軟構造物 / 波浪中連成運動 / 不安定現象 / 位置保持制御 / 水槽試験 / 洋上クレーン / 洋上風車 / 振動モード |
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| Outline of Research at the Start |
石油・天然ガス開発等の海洋空間利用が進むに従って、海上での重量物のクレーン作業を行う場面が増えてきている。洋上クレーン作業は海気象条件に応じて浮体、吊荷の運動が複雑に連成するため、陸上クレーン以上に困難な作業となる。さらに吊荷が長大な柔軟構造物の場合には、浮体の位置保持制御によって吊荷の複雑な振れ回り現象が誘起される。これは浮体の位置保持制御系設計において無視した高次モードが閉ループ系のダイナミクスの極を不安定域へシフトさせたことが一つの原因と考えられる。本研究では、柔軟構造物の高次モードが浮体波浪中運動や柔軟構造物の低次モードに与える影響を明らかにした上で、最適な制御系設計法を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、柔軟構造物を空中で懸下した状態での浮体の波浪中連成運動を記述する高精度な運動モデルを確立した上で、吊荷の振れ回り不安定現象を抑制するような位置保持制御系設計法を確立することにある。今年度は制御系設計の議論をするために必要となる、吊荷（風車タワー）と浮体（クレーン機能を有するセミサブ型浮体）の波浪中連成運動を記述する高精度な運動推定モデルを確立することに重点を置き、主に数値計算モデルに関する検討、次年度以降に予定している水槽模型試験に向けた準備を行った。その結果、次のような研究の成果を得ることが出来た。１）文献調査等による技術動向調査によって、本研究で対象とするセミサブ型浮体、浮体式洋上風車の仕様諸元等を設計した。今後はこれらの浮体に対して検討を進める。２）セミサブ型浮体、浮体式洋上風車の波浪中連成運動を推定するための数値計算モデルを構築した。本モデルを使って解析を行ったところ、解析結果は研究代表者らが過去に実施した類似浮体に対する模型試験結果と比較しても、概ね良好な一致が得られた。３）構築した数値計算モデルを使って、クレーンワイヤー長等のパラメータに関する感度解析を行ったところ、セミサブ型浮体と懸下した風車タワー間の波浪中連成運動において、ワイヤー長だけでなく、風車タワーの吊点位置、拘束条件、索数等がセミサブ型浮体と風車タワー間の運動の固有周期等に影響を与えることが明らかになった。４）次年度以降に実施する水槽模型試験の実施に向け、使用する縮尺模型（セミサブ型浮体）を製作した。
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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
今年度は柔軟構造物と浮体の波浪中連成運動を推定するための数値計算モデルに関する検討と水槽模型試験に向けた準備を行った。はじめに、大型クレーンを有するセミサブ浮体に関する建造実績と浮体式洋上風車の最新技術動向に関する文献調査を行い、本研究で対象とするクレーン機能を有するセミサブ型浮体と浮体式洋上風車（浮体部、ナセル・タワー部）の基本諸元、仕様等を検討した。次に、これまでの研究成果等に基づき、その波浪中運動を推定するための数値計算モデルを構築して解析（時間領域及び周波数領域解析）を実施した。解析結果は研究代表者らが過去に実施した類似の浮体模型に対する模型試験結果と比較しながら、今回構築した数値計算モデルの妥当性について検討した。概ね良好な推定が得られたが、懸下した吊荷（柔軟構造物）とセミサブ浮体との波浪中連成効果のモデル化に改善の余地があることが明らかになった。次に、来年度以降に実施する予定である水槽模型試験に向けて、必要となるセミサブ浮体の縮尺模型の仕様、製作図面等を検討し、模型製作を行った。最後に、今年度実施した成果を整理し、来年度に実施する研究内容及び今後スケジュール等について検討した。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度はこれまでに構築した数値計算モデルに関する更なる検討を行うと共に水槽試験を実施することで、そのモデルの妥当性を検証する。また、検証された数値計算を活用しながら、セミサブ浮体の位置保持制御に関する制御パラメータの感度解析を行いながら、不安定現象を抑制するような最適な制御系設計法を検討する。なお、今年度実施しなかった柔軟構造物の振動モード解析については、今年度の研究を進める中で、その必要性が判断されれば追加実施したい。
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