2016 Fiscal Year Annual Research Report
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16H04598
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
川村 恭己 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (50262407)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 哲男 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (10753048)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 船体強度 / 最終強度 / コンテナ船 / ２軸圧縮荷重 / 防撓板 / 動的影響 / 非線形FEM解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の第一の目的は、コンテナ船を想定した防撓板が２軸圧縮荷重を受ける際の最終強度を検討することである。本年度は、非線形FEM解析ソフトウェアLS-DYNAを用いて、２軸圧縮下における防撓板の崩壊挙動を解明した。具体的には、２軸圧縮荷重下においては、横方向の荷重が増加するにつれて、縦方向の座屈が生じる前に横方向の一半波の弾性座屈が生じることになる。それによる座屈変形の影響で、縦方向の有効幅が減少し結果的に最終強度が低下することがわかった。本解析においては、初期溶接変形の影響についての考察も行っている。また、本解析における有効幅減少の観察結果を基に、縦圧縮荷重を受ける防撓板が横方向にも圧縮荷重を受ける際の強度算式を提案した。また、２軸圧縮下における防撓板の崩壊実験においては、アルミによる溶接小型試験片を製作し、２軸圧縮下の崩壊挙動の観察を試みた。
本研究の第二の目的は、動的な荷重に対する崩壊挙動と最終強度の評価に関する検討である。本年度は、船体をはりモデルで表現するとともに、船体中央部のみををシェルモデルでモデル化した有限要素モデルを作成した。このモデルに動的な変動荷重を加え、それに伴う変形崩壊挙動をLS-DYNAを用いて解析的に検討を行った。これにより、ホイッピングを想定した短い周期における最終強度が上昇する現象は荷重の負荷時間の長さの影響だけではなく、材料の動的性質によって説明する必要があることが観察された．
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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
２軸圧縮荷重を受ける際の防撓板の最終強度に関しては、２軸圧縮下における崩壊メカニズムの解明を行うことができたともに、それに基づく２軸圧縮下の防撓板の強度評価算式の提案を行うことができた。このように、解析的な研究は計画以上に進行したと考えている。一方、実験的研究においては、２軸圧縮状態を二重底を模擬した構造体の曲げ試験により再現することにより、アルミ試験片の崩壊挙動を観察した。しかしながら、最終強度に達する際の崩壊挙動の観察が困難であることがわかった、よって、実験的な面からは今後より詳細な検討が必要であり、やや遅れていると言える。
動的な荷重に対する崩壊挙動と最終強度の評価に関しては、はりとシェルを結合したモデルを採用することにより、動的な変動荷重下の変形崩壊挙動をLS-DYNAを用いて解析的に検討を行うことができた。また、最終強度の上昇が材料モデル（ひずみ速度影響）による要因が大きいことが新たな知見として得ることができた。よって、本課題についてはおおむね順調に進展していると考えている。
以上の状況から総合的な研究進捗状況としては、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
２軸圧縮荷重を受ける際の防撓板の最終強度に関しては、今年度は、コンテナ船のハルガーダー最終強度の検討と、防撓板の圧縮試験方法の確立を主な課題として研究を行なう。コンテナ船のハルガーダー最終強度の検討においては、３次元の３ホールドモデルを用いることにより、純粋な縦曲げのみが作用する場合の最終強度と局部荷重（水圧）によりボトムの防撓板に２軸圧縮が作用する場合の最終強度を比較検討する。また、防撓板の最終強度を観察するための実験方法に関しては、平鋼スチフナを有するアルミニウム小型試験体を、研究室にある小型のNCフライス盤（SG01）を用いて削り出して製作する方法を試みる。また削り出す際に、初期変形を与えた形状を人為的に作成することにより、その影響を考慮できるようにすることを考えている。
動的な荷重に対する崩壊挙動と最終強度の評価に関しては、前年度までの考察より、材料モデルによる要因が大きい可能性が高いことがわかったため、動的崩壊実験を行う前に、LS-DYNAのよる非線形FEM解析で用いる材料モデルの検討をまず行い、FEM解析を用いた動的崩壊挙動の合理的な評価法を確立することを第一の目的とする。それらの考察を踏まえて、疲労試験機を用いた小型防撓板の動的崩壊試験法について検討して行く。
なお、前年度までの実験が大変困難であったことから、多軸の動的荷重載荷実験装置の開発の可能性の検討を平行して行う。具体的には、一軸方向に変動しながら、別の軸にも変動を与えるために、各軸に２つずつのアクチュエータを設置した実験装置について検討する。
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