実働荷重をシミュレートするランダム疲労試験システムの構築に関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555091
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 冨田 康光 大阪大学, 工学部, 教授 (30029251)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 隆章 住友重工(株), 設計部, 設計部長 ; 石川 邦明 日本鋼管(株), 応用技術研究所, 主任部員 ; 橋本 聖史 大阪大学, 工学部, 助手 (50183554) ; 藤本 由紀夫 広島大学, 工学部, 助教授 (60136140) ; 船木 俊彦 大阪大学, 工学部, 教授 (90029174)
• Keywords: 船舶の疲労設計 / 船舶の標準実働荷重モデル / 角まわし溶接部 / 表面き裂 / 疲労き裂伝播解析 / モンテカルロシミュレーション

Research Abstract

北平洋航路に続き日本-ペルシャ湾航路についても実船の遭遇海象の時間履歴を調べた。その結果、北太平洋航路の場合と同様に、船舶が大洋を航行するときに遭遇する波浪は長期の波浪統計頻度表から独立にランダムに取り出した海象が次々に現れるのではなく、比較的平穏な海域を航行する時と、徐々に波高が増加し徐々に減少するような嵐の海域を航行する時とが交互に現れるようにモデル化できることが判った。これを基に、船舶の疲労設計を行う場合の標準変動荷重モデルを作成した。実際に船体各部に作用する応力は、航行海域の海象データ、波浪データ材料及び船体運動の線形または非線形応答に依存する-例えば、応力の総数、密度分布、遭遇する嵐の数、嵐の持続時間したがって嵐中の荷重負荷回数、嵐の大きさ-しかし、上記波浪外力の荷重履歴に関する基本的構成-平穏海域の航行と嵐海域の航行-は不変である。
次に、設計対象部材として船体構造に極めて多くかつ損傷例もある角まわし溶接部を選び先の標準変動荷重を負荷した疲労試験を行った。その結果、疲労き裂は嵐に1回または数回遭遇すると発生し、その寿命の大部分は、角まわし溶接部余盛止端に発生した表面き裂の伝播であることが判った。疲労試験結果に基づいて、疲労設計線図を作成する手順を示すと共に、従来変動荷重下の疲労寿命推定に広く用いられているMiner則との相関についても検討した。
更に、表面き裂の伝播解析を破壊力学的手法を用いたシミュレーションを試み、実験結果と比較すると共に、モンテカルロシミュレーションにより表面き裂伝播寿命を求め、き裂伝播に関係する材料定数の確率的変動によるき裂伝播挙動を考察した。

Research Products

• [Publications] Yasumitsu TOMITA,Hiroshi KAWABE,Tetsuji FUKUOKA: "Statistical Characteristics of Wave-Induced Load and Simulation Method of Wave Loading Pattern for Fatigue Design" International Offshore and Polar Engineering Conference 93. (1993)