2021 Fiscal Year Research-status Report
スラミングによるハルガーダ動的構造応答並びに船体折損メカニズムの解明に関する研究
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21K04523
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
山田 安平 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 (90443241)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
藤 公博 九州大学, 工学研究院, 助教 (80790716)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | スラミング / 流体構造連成 / ホイッピング / 船体損傷 / 船体折損 / コンテナ船 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、解析手法の適用・高度化に注力した。ICFD手法をスラミング解析や波浪中船体応答解析等に適用し、流体構造連成を考慮した様々な数値計算が本手法にて推定可能であることが確認できてきた。これまでに得られた主な知見は以下のとおり。
（１）8000TEUのコンテナ船の船首モデル（弾塑性体）を用いて、流体構造連成を考慮した３次元スラミング解析、規則波中の船体応答解析が現実的な時間で解析可能であることを確認した。ただし、本手法は、主に、スラミング衝撃等短時間の解析に適している。
（２）今後実施する模型実験に対応する解析を実施し、本手法の有効性を確認した。水圧や荷重の推定については、やや不安定な場合があり、その推定精度については、今後、模型実験等を踏まえ検証する必要がある。また、模型実験用の船首模型の3Dプリンタによる作成検討を実施した。
（３）実スケールでの３次元数値水槽及び8800TEUモデルを用いて、規則波中の向かい波及び斜め波向かい波での流体構造連成を考慮した解析が現実的な計算時間で解析可能であることを確認した。今後、解析の安定性を一層向上させることができれば、出会い波周期と船体の固有周期の連成影響等のメカニズム解明に有効な手法であることが見えてきたと考えられる。
（４）２次元数値水槽を用いて、船体を模擬した「波浪中浮体梁」の流体構造連成解析を実施し、波長、波高影響を検討した。本研究で対象とした梁では，降伏応力を弾性解析で生じた最大応力の80% に設定しても，断面が全塑性するような致命的な損傷には至らなかった．ただし，波高が高くなると塑性域も広がり，大きな残存変形が生じる可能性があることが分かった．
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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
（１）ICFD解析を用いて、流体構造連成を考慮した ①8000TEUのコンテナ船の船首モデル（弾塑性）を用いたスラミング解析、②コンテナ船全船モデル（弾塑性）での規則波中３次元船体応答解析、③規則波中の２次元船体梁の動的応答解析、が現実的な時間で解析可能であることを確認した。①の解析結果について、粒子法(SPH)でも同一の解析を実施・比較検証し、Comparableな結果を得られることを確認した。本成果について、米国機械学会主催の第41回国際海洋、海洋構造物、極地工学会議（OMAE-2022）に英文論文を投稿した。
（２）今後実施する模型実験に対応する事前解析を実施し、本手法の有効性を確認した。水圧や荷重の推定については、やや不安定な場合があり、その推定精度については、今後、模型実験等を踏まえ検証する必要がある。また、模型実験用の船首模型の3Dプリンタによる作成検討を実施した。
（３）実スケールでの３次元数値水槽及び8800TEUモデルを用いて、規則波中の向かい波及び斜め波向かい波での流体構造連成を考慮した解析が現実的な計算時間で解析可能であることを確認した。今後、解析の安定性を一層向上させることができれば、出会い波周期と船体の固有周期の連成影響等のメカニズム解明に有効な手法であることが見えてきたと考えられる。
（４）２次元数値水槽を用いて、船体を模擬した「波浪中浮体梁」の流体構造連成解析を実施し、波長、波高が船体応答に与える影響を検討した。本研究で対象とした梁では，降伏応力を弾性解析で生じた最大応力の80% に設定しても，断面が全塑性するような致命的な損傷には至らなかった．
（５）今後実施する予定の模型実験用の３次元船首模型（バウフレアを有する実コンテナ船の縮小模型）について、3Dプリンタによる作成方法の検討並びに印刷用データの試作を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）ICFD手法を適用して、船舶に係る流体構造連成を考慮した様々な数値計算が可能であることが確認できてきた。ただし、ICFD手法特有のモデル化手法（表面メッシュ）に起因して、不安定性・発散が生ずることがあり、モデル化の工夫・ノウハウをさらに一層蓄積し、ロバストな解析手法の確立を目指していく予定である。合わせて、長時間計算実施のために、大規模PCクラスター・システムの拡充・更なる高度化についても検討していく予定である。
（２）実船スケールでの数値水槽も完成しており、将来的に、どのような構造物（船舶）も比較的簡便に波浪中の動的応答を再現することが可能となればと考えている。
（３）船首スラミングの模型実験を効率的に実施するために、スラミングの研究を実施している大学と連携して実施する方向で検討・調整中である。
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| Causes of Carryover |
コロナ影響により模型実験の準備・実施ができなかった。当該予算は、次年度以降の模型実験・解析等に充当する予定である。
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Research Products
(2 results)
