2021 Fiscal Year Research-status Report
Structural performance evaluation of real civil infrastructure by merging dense point cloud data into FE analysis
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21K04230
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宮森 保紀 北見工業大学, 工学部, 准教授 (00363383)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 点群モデル / FEM / 構造解析 / 既存構造物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は鋼構造物を対象として、設計図書などに基づき構築されたFEMモデルに、供用中の実構造物の損傷部分を撮影して得られた点群モデルを融合させ、損傷を受けた実構造物のFEMモデルを構築し、実構造物の性能評価が高精度に可能な方法を創出する。
橋梁の設計では有限要素法（Finite Element Method）による構造解析が一般化したが、供用中の構造性能の評価でFEMを用いることはほとんどない。一方、実構造物を撮影した画像データを用いて近接目視点検を代替する取り組みが進んでいるが、応力状態の把握など構造性能の定量的評価はできない。そこで本研究では両者を融合させ、構造物のライフサイクルに一貫して適用可能な数値モデル構築手法を開発する。
具体的には、損傷を受けた構造物の保有性能を定量的に評価するため、健全部を含む構造全体は従来のFEMでモデル化し、損傷を受けた部分のみ撮影画像から高密度点群モデルを構築し損傷部分の節点座標を得る。この損傷部分の節点座標を構造全体のFEMモデルに取り込み、損傷部分の応力状態を評価可能なFEMモデルを構築する方法を開発する。
2021年度は、鋼橋を対象に損傷部材を精度よく高密度点群モデルにする方法の確立に取り組んだ。具体的には撮影角度や距離、被写体の照度を変えながら、モデル化の精度を検討した。次に撮影した画像から3次元点群モデルを構築し、FEMモデルへの変換を行うが、2021年度は、FEMモデルへの変換に際して、より汎用性の高いファイル形式へ対応させる変更を行うとともに、要素構築手法を見直し、要素の欠損を低減する手法を開発した。
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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
当初計画した実橋梁での現地実験には至っていないが、実験室における画像撮影実験を多数回行い、撮影条件を詳細に検討した。また、FEM変換プログラムを改良して、計算精度を向上させるとともに、実橋梁のような部材が交錯する構造にも適用可能な工夫を行ったため、全体として順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
FEMモデルに損傷部分の点群モデルの座標値を組み込むプログラムを開発する。
これまで構造物全体の高密度点群モデルをFEMモデルに変換するプログラムを開発しているが、このプログラムを損傷部分に限定して適用する。元となるFEMモデルについては、実務でも十分に実績のある汎用FEMプログラムを用いることで、高度なFEMの解析機能を活用するとともに、研究終了後の実務への展開を容易にするよう工夫する。
完成したプログラムを試験橋梁に適用し、その有効性を検証する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により成果発表のための学会がすべてオンラインで開催され、旅費の支出が無かった。また、研究計画を見直し、感染リスクのある現地実験を先送りし、実験室における実験に変更したため、現地実験のための物品費の支出が無かったため次年度使用額が生じた。令和4年度は学会が対面で開催される見込みであり、現地実験も行う予定であり、令和4年分と合わせて使用する計画である。
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