| 研究概要 |
タンカーの船殻構造は,二重殻もしくはそれと同程度な効果を持つ構造とする事が義務づけられているが,タンカーからの油流出事故は度々発生しており,これによる環境海洋汚染が大きな問題となっている.また,近年,アルミ材を用いた双胴型・三胴型などが開発されており,これら新材料・新形式船の破損および破壊事故に対する,正確な構造強度評価の確立が求められている.
船舶に限らず構造物の構造強度評価には,一般に有限要素法(FEM)が用いられる.しかしながら,現行のFEMでは,き裂の発生および進展・その後の破損解析には十分対応できない.また,有限要素計算自体の時間の増大だけでなく,有限要素メッシュが複雑となることによるメッシュ生成時間の増大も大きな障害となり,破損・破壊解析をさらに困難なものとしている.本研究は,現在提案されている有限要素法を基礎にした解析手法を改良することにより,上述の解析手法の問題点を解決し破壊解析に対応した迅速かつ精度良い解析手法を確立し,船舶の安全性評価への適用を目指すものであった.
これまで,本研究では大変形などの非線形解析に適した解析手法である有限要素法を基礎とした有限被覆法(FCM)と剛体運動を基礎とした個別要素法(DEM)の応用を試み,衝突およびき裂進展解析が可能な勘弁な解析手法を開発してきた.そして,本年度の当初計画ではこれら解析手法を拡張し,き裂の発生から進展までを効率よく行える計算手法を開発することであった.しかしながら,構造物の強度は,き裂などの欠陥の存在により大きく低下し,破損・破壊解析にはこれら欠陥の発生・成長の取り扱いが非常に重要となることから,本年度の当初計画を若干変更し,き裂の発生・進展を定量的に正確に推定することに目的を絞り,船体構造部材におけるき裂解析の解析手法の確立を試みた.
FEMによってき裂の解析を行うことは,き裂は不連続面となることから有限票素メッシュの生成が困難で,また,特異な応力状態を正しく推定することが非常に困難であり,船舶などの実構造部材中のき裂解析は,現行のFEMでは事実上解析は不可能である.本研究では,これらの問題を解決するため,西岡ら(1987)により開発された計算手法である交代繰返し法(FEAM)を採用し,船体構造物において最も基本的な構造部材となる溶接継ぎ手部に適用した.そして,溶接部材などの複雑な構造部材に対して効率よく解析できることを示した.FEAMはき裂のないFEM解析とき裂の解析解とを組み合わせることにより,複雑なFEMメッシュを作成することなく,き裂問題を効率よく,正確に解析する手法であり,この考え方はFCMなどのき裂判定に組み込むことが可能であると考えている.
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