| 研究課題/領域番号 |
21K04523
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24020:船舶海洋工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 |
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研究代表者 |
山田 安平 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (90443241)
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| 研究分担者 |
馬 沖 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 主任研究員 (30773197)
藤 公博 九州大学, 工学研究院, 助教 (80790716)
日比 茂幸 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 講師 (50546166)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 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 / 浸水 / 動的応答 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
船体の動的構造応答、特に、スラミング荷重によるホイッピング応答を合理的に評価するために、流体・構造連成を考慮した３次元数値計算手法を用いて、船首スラミング荷重と船体構造のローカル強度／グローバル強度との流力弾性メカニズムを明らかにする。他の解析手法（粒子法等）又は実験結果と比較し、解析手法の妥当性を検証する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、ＩＣＦＤ（Incompressible Computer Fluid Dynamics）手法を船舶の波浪中船体動揺解析や、波浪中浮体の流体構造連成解析等、複数の解析に適用拡大し、本手法の適用性検討・知見集積等を実施した。具体的には、次のような研究を実施した。
（１）サイズの異なる４種類の数値水槽（50m、150m、200m、400m）を新規作成した。それぞれの水槽において、船舶モデルを用いて、種々の波高・波長における船舶の規則波・不規則波中の船体動揺・浸水・沈没に至る一連のシミュレーション解析を実施し、定性的に合理的な結果が得られることを確認した。また、安定かつ並列計算にて、60sの解析が最短4hで解析可能であることを確認した。
（２）第２回のスラミング模型実験については諸事情により延期となっている。3Dプリンタによる模型製作検討並びに無線式加速度計の精度向上を行った。無線式での圧力計測手法について検討を行っている。
（３）ICFD手法を用いて波浪中浮体を対象とした流体構造連成解析を実施し、波を受けて運動しながら繰り返し座屈・塑性崩壊に至る挙動を再現した。
このような大規模で強非線形な解析がロバストかつ短時間で解析可能であることを確認できたことは、本手法の設計等への実用化に向けて大きな意義があると考える。ホイッピングと船体の２節振動との共振現象を解明するには、ICFD手法のような双方向の流体構造連成手法（強連成）が有効であると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
（１）ICFD解析手法を用いて、小型船モデルの動揺・浸水・沈没解析手法を検証した。ICFD手法特有のモデル化手法について、とりわけ、精度向上のための自由表面のモデル化ノウハウ等、一層の知見を蓄積した。
（２）模型実験が、やや遅れている。3Dプリンタで作成した模型によるスラミング実験、無線式の加速度計により、衝撃加速度並びに６自由度の計測が可能であることを検証した。
（３）ICFD手法を用いてスラミング解析に限らず比較的長時間の現象をシミュレートする波浪中の応答解析についても現実的な計算時間で実施できることを確認した。ただし、三次元の混相流解析に対応しておらず、空気の影響を考慮できていない点については引き続き検討が必要である。
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| 今後の研究の推進方策 |
（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さらに一層確認できた。とりわけ、損傷時の船体動揺＋浸水計算も可能であることが確認できた。本年度は、大型船での解析を実施し、スラミング／ホイッピングと船体振動の関係を明らかにしていく予定である。船舶の大型化に伴い、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）船首スラミングの模型実験について、第２回を計画している。第１回は、Bluetoothを用いた無線式加速度計の有効性を確認した。今後は、水圧計測を追加すると共に、水圧についても、無線式で計測できないか検討しているところである。衝撃加速度、６自由度変位に加えて、スラミング圧力の計測方法を検討し、模型実験を実施する予定である。
（３）妥当性検証のため、複数機関・研究者・手法でのベンチマーク解析について検討中である。
（４）ICFD手法による解析結果を通じてスラミング圧力の簡易評価式を確立するための数値計算を実施する予定である。
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