2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of health monitoring system for ship structures by inverse FEM
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21J21826
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
三上 航平 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | デジタルツイン / ヘルスモニタリング / 逆有限要素法 / 船体構造 / 健全性評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，船体構造の健全性を評価することを目的としたデジタルツインを実現するための船体構造モニタリングシステムの開発に関する研究を実施する．2021年度に実施した(a)計測量から構造の状態量を推定するデータ同化手法である逆有限要素法の船体構造に対する適用性の検証，(b)計測・解析・可視化などのモニタリングシステムに必要な機能を統合してシステムを構築するためのシステムプラットフォームi-SASの開発，(c)i-SASを用いて構築した模型船のモニタリングシステムの水槽試験における動作検証によって得られた結果を踏まえ，2022年度は以下の事項を実施した．
(1)実船を対象とするデジタルツインシステムの構築・検証
(2)実験データを用いた逆有限要素法の船体構造に対する適用性検証
(3)各種センサによる計測データを用いた応答推定精度の向上を目指したデータ同化手法の研究
(1)では，i-SASによって実船のモニタリングシステムを実装し，鉱石運搬船に適用して動作検証を実施した．その結果，リアルタイムに計測・解析・可視化が可能であることが確認された．また一航海（数十日間）に渡る連続動作が確かめられた．(2)では，水槽試験において計測されたひずみデータの一部を用いて逆有限要素法による模型船の構造応答推定を行い，推定値と推定に使用していないセンサの計測値を比較することで，入力として与えていない箇所においても構造応答を精度よく推定可能であることが示された．(3)では，既知の変位を逆有限要素法の変形推定における境界条件として与えることで精度向上を図る方法について検討を行い，シミュレーション上において変位境界条件を与えることで，与えない場合と比較して少ないひずみデータから精度よく変位を推定できることが明らかになった．また陸上でGNSSを用いた計測試験を実施し，測定精度に関しての基礎的な検討を行った．
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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
2022年度では，当初(1)実船を対象とするデジタルツインシステムの構築・検証，(2)実験データを用いた逆有限要素法の精度検証，(3)変位や加速度などの各種センサによる計測データを用いた応答推定精度の向上を目指したデータ同化手法の研究について取り組むことを計画していた．(1)については，実船を対象とするモニタリングシステムを実装し，運用中の鉱石運搬船に適用してシステム検証を実施した．(2)については，2021年度に実施した水槽試験において計測した模型船のひずみデータの一部を用いて逆有限要素法によって模型船の変形・ひずみを推定し，変形推定に使用していない計測値と推定値を比較することで限られたひずみデータから推定に使用していない箇所を含めて構造応答を推定可能なことが明らかになった．(3)については，GNSSによって計測される変位を逆有限要素法の変形推定における境界条件として与えることで精度向上を図る方法について検討を行い，シミュレーション上において既知の変位を与えることで比較的少ないひずみデータから精度よく変位を推定できることが明らかになった．またGNSSを用いた計測の精度に関して基礎的な検討を実施した．
以上より，本研究はおおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度までに得られた結果を踏まえ，(1)限られたひずみ情報から逆有限要素法によって精度よく構造全域の変位を推定する方法に関する研究，(2)実船におけるモニタリングシステムの検証を実施する.(1)では，以下の2つの方針の元検討を行う．(a)限られたセンサ箇所で計測さ れるひずみを構造上で補間し，補間したひずみを逆有限要素法の入力とすることで精度向上を目指す方法, (b)ひずみセンサ以外のセンサによ って計測される構造応答を用いて逆有限要素法によって推定される変位を補正する方法.特にii)においては2022年度に引き続き，GNSSを用いた変位計測データを逆有限要素法の変位推定における境界条件として適用する手法について研究を行う予定である.2)については，2022年度に実装した実船のモニタリングシステムの検証を引き続き行うとともに，別の船種についてもモニタリングシステムの実装・検証を行う予定である.これらの研究によって得られた成果は，学会発表や論文を通じて社会に還元する.
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