2017 Fiscal Year Annual Research Report
Reliability analysis of ship structure subjected to combined loads taking account of phase difference among loads
| Project/Area Number |
17H03488
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
飯島 一博 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50302758)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤久保 昌彦 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30156848)
馬 沖 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 (30773197)
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)
辰巳 晃 大阪大学, 工学研究科, 助教 (60736487)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 複合荷重 / 船体構造 / 衝撃荷重 / 局部曲げ / FORM / 設計不規則波 / 極値確率分布 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
研究所年度（H29年度）は以下の項目について研究実施した．
① 二重化FORM手法の開発を目指して，複合荷重が作用する場合の極限荷重を構造信頼性理論(FORM)を用いて導出した．単一荷重下の極限波とは異なる，波の時系列が得られることが明らかになった．この結果を利用して，縦曲げモーメントと局部圧力の極値確率分布を得た．二つは同じ極限波から同時刻に得られているため，従属的な確率変数としてモデル化された．二重化FORM手法のうちの一段目の開発ができた状態である．
② バウフレアに作用する衝撃荷重下について評価するためのCFD-FEMの一体連成(one-way)解析法の開発を行い，Chuangの実験式と定性的に類似した結果が得られることを確認した．CFDにより，3次元的なswell-upの効果を含んだ衝撃荷重評価が実施可能となった．従来のポテンシャル理論＋カルマンの衝撃荷重理論と，大きさと位相の点で異なる結果が得られることがわかった．さらに弾性振動を含む縦曲げモーメントと局部変形を得た．
③ 前進速度など操船の影響が船体構造荷重にどのような影響を与えるか，について検討を行った．ウェザールーチンを行う場合と行わない場合の10年分の航海をシミュレーションしておき，それぞれの遭遇海象の下での弾性振動を含む極値分布について比較を行った．ウェザールーチンを行った結果，対象船についてはおおむね20%ほどの荷重低下につながることを明らかにした．操船影響は大きな不確実性要因であると結論された．
④ 全体縦曲げモーメントを計測するための機構と，局部応答を計測するに局部的に剛性を低下させた部分模型を備えた，縮尺船体模型について設計・製作を行い，一部の計測を実施した．意図通り，縦曲げモーメントと局部曲げを計測できることを確認した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の中心的な課題は二重化FORM手法の開発ならびに衝撃荷重による弾性振動成分を含む縦曲げモーメントと局部曲げからなる複合荷重の評価手法の開発・実験検証である．前者については，H29年度に複合荷重を対象にした，FORMによる極値確率分布を求める手法を開発しており，予定通り研究進行しているといえる．平成30年度には，得られた確率分布が正しいかどうかを確認するための検証作業を予定している．得られた確率分布を用いた，FORM（二段目）による破損確率の評価を，平成30年度以降に予定しており，着実に開発が進んでいる，と考えている．
複合荷重の評価手法の課題については，特にCFD-FEMの連成手法の開発を行った．大型コンテナ船について，衝撃荷重評価とそれによる弾性振動成分，ならびに二重底の局部曲げ変形を含む解析を実施した．また，従来のポテンシャル理論に基づく手法（非線形ストリップ法，三次元境界要素法）と，縦曲げモーメントに関するベンチマークを行い，同手法と比較した時に，縦曲げモーメントの波浪成分についてはほぼ一致する結果が得られること，衝撃荷重とそれに引き続く弾性振動成分については若干異なる結果が得られることがわかった．狙い通りの結果といえ，今後，実験による検証を予定している．
実験模型に関しても，縦曲げモーメントと局部曲げ変形を同時に計測できる縮尺模型の設計開発と模型製作を実施し，複合荷重の同時計測が可能であることを確認している．
他の重要な成果として，ウェザールーチン（実運航）と船体荷重の間の関係について調べ，ウェザールーチンに代表される操船が船体荷重に大きく影響しうることをシミュレーションによって，示した．荷重を論じる際の大きな不確実性項目であるといえる．
以上から，おおむね予定通りの進捗状況であると評価される．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後，本課題で推進する事項として以下がある．
① FORMで得られた複合荷重のための縦曲げモーメントと局部曲げ（圧力）の確率分布を得た．この結果についてモンテカルロ法などで検証しておく必要がある．同項目についてH30年度に実施予定している．さらに得られた確率分布を使って，破損確率の評価を行う．これについてもH30年度以降の実施を予定している．
② CFDとFEMの連成解析にFORMを適用して，より正確な複合荷重の確率分布を求める．試行的に，設計不規則波の導出にはストリップ法に基づく手法を，設計不規則波の下での荷重推定にはCFD+FEM連成解析を実施したところ，二つの手法間で得られる荷重位相差の違いから，必ずしもCFD+FEM連成解析によって極限値が得られなかった．今後，Model Correction Factor (MCF)を導入して，二つの手法間の荷重位相差を吸収し，正確な極値分布を求める．この点について継続して実施している．また，CFDとFEMの連成において，one-wayであるところをtwo-wayに変更予定である．
③ H30年度に複合荷重を計測するための縮尺模型を用いて，水槽試験を実施予定である．この結果を用いて，複合荷重の推定手法の検証を行う予定である．
④ 荷重の不確定性について，現状では一つの対象船かつ一つの航路について，検討を行った段階であり，他船への適用ないしは他航路への適用を行う．このことによって，より妥当な荷重の運航による不確実性の評価ができると考えられる．本項目についてもH30年度に継続実施する．
⑤ 本研究課題に関して，様々な成果が得られているので，H30年度にはジャーナルや国際会議を中心として，成果発表にも努める．
|
