2022 Fiscal Year Annual Research Report
ホイッピング荷重の統計モデルの構築とその疲労き裂進展への影響に関する研究
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22H01697
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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)
早川 銀河 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 技術職員 (80939158)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ホイッピング / 疲労試験 / 疲労強度 / モニタリング / 統計モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の第一の課題であるホイッピング現象の統計モデルの構築に関しては、計測データの整理とそれに基づく統計モデルの構築を試みた。具体的には、モニタリングで得られた短期海象(１時間を想定)毎の縦曲げ応力計測結果からFFTを用いて波浪荷重の成分とホイッピング成分を分離するとともに、得られた弾性振動成分から、ホイッピング発生点を抽出した。また、それらのデータを用いて、波浪成分の大きさに応じたホイッピング発生確率を表現する統計モデルを検討するとともに、ホイッピングの大きさに関する統計モデルを検討した。最終的に、MCMC法を用いて統計モデルの構築を試み、ある海象状態（有義波高、平均波周期、相対波向き等）における、ホイッピングの発生確率やホイッピングの大きさを推定可能な推定式を構築した。
疲労き裂進展試験に関しては、油圧式サーボ疲労試験機とCT試験片を用い、LabVIEWを用いた計測システムを構築した。本年度は、ホイッピングを模した実験として、定振幅波に小振幅波が重畳した比較的単純な波形を有する荷重履歴を用いた疲労試験を行った。これにより、小振幅波の重畳の程度の違いによる寿命の違いを観察するとともに、き裂先端のひずみ計測に基づく、RPG荷重の計測を行った。後述するき裂進展シミュレーションでは、RPG荷重の推定が必要となるため、実験におけるRPG荷重の計測結果の妥当性の検証が必要となる。今後は、弾塑性FEM解析を用いたRPG荷重の計測結果の妥当性について、検討が必要であると考えられる。
また、き裂進展シミュレーションに関しては、申請者らの研究室で開発されてきたCP-Systemの改良を行うことにより、変動する荷重での解析への適用が可能となった。今後は、本手法を実験で取り扱った荷重条件に適用することにより、実験及びシミュレーションの妥当性の検討が必要である。
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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
本年度の第一の課題であるホイッピング現象の統計モデルの構築に関しては、MCMC法を用いた統計モデルの構築が可能となった一方で、構築した統計モデルは比較的複雑なモデルとなった。これは、計測データに大きなばらつきが存在するためであると考えられる。単純なモデル化が行えなかったものの、統計モデルの構築手順の確立が行えたことから、研究はおおむね順調に進展していると考えている。疲労き裂進展試験に関しては、試験システムの構築と、き裂長さやひずみ計測に基づくRPG荷重の推定が可能となり、順調に研究が進んでいる。またき裂進展シミュレーションに関しても、CP-Systemの改良を行い、本研究で取り扱う小振幅波が重畳するケースに適用が可能となった。今後一層の改良が必要であるが、シミュレーションシステムの開発もおおむね順調に進展していると考えている。
以上のように、研究全体としては、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 |
今後の研究の推進に関しては以下を予定している。
[1]ホイッピング現象の統計モデルの構築に関しては、現在までに8600TEUコンテナ船に関しての考察を行ったので、今後14000TEUコンテナ船における統計モデルの構築を行い、8600TEUのモデルとの比較を行う。
[2]疲労試験に関しては、ホイッピングを模した疲労試験を引き続き実施する。具体的には、小振幅波が重畳した荷重履歴を有する一連の疲労試験を実施・整理するとともに、ホイッピングの統計モデルで得られた知見を用いてより実際に近い荷重履歴での疲労試験を実施する。
[3]き裂進展シミュレーションシステム（CP-System）を用いて、疲労試験の荷重条件での解析を行い、実験結果と比較し、実験及びシミ ュレーションの妥当性を検討する。
[4]前年度までに、いくつかの疲労試験に関して、試験結果とき裂進展シミュレーションの結果の比較検討を行っているが、その妥当性の検証のためには、き裂先端の塑性挙動を把握し、シミュレーションにおけるモデルと疲労試験の結果とを比較することが重要である。そこで、今後の研究においては、疲労試験において、き裂先端の塑性挙動を示すパラメータの一つであるRPG荷重の計測を実施するとともに、FEM弾塑性解析を用いてき裂先端の塑性挙動の解析を行い、RPG荷重の計測結果の妥当性を検証していく。これらの結果を比較することにより、本研究で開発する疲労き裂進展シミュレーション手法の妥当性についても検討していく。
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