| 研究課題/領域番号 |
22K14435
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 粒子法 / SPH / 船体運動 / スロッシング / 非線形 / 連成解析 / 縦曲げモーメント / 連成数値解析 / LNG船 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
LNGの安定供給と輸送効率の向上のニーズに応えるには、LNG船及びLNGタンクの大型化を図る必要がある。船体及びタンクが大型化すると、波浪中での船体運動やそれに伴うタンク内流体挙動が従来と異なってくる可能性がある。LNG船の事故や船体構造損傷を未然に防ぐには、数値シミュレーションや模型実験で現象を忠実に再現して安全設計に活かすことが重要になる。
本研究において、最先端の粒子法理論に基づき、3次元数値水槽とLNG数値タンクを同時に作成し、大波高中LNG船の非線形船体運動とタンク内流体応答の相互作用及びLNG船の船体構造とLNGタンク構造安全性を定量分析することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
① 前年度に構築された GPGPU サーバーを活用し、粒子法を用いて、複数の波条件下で非線形船体運動を計算した。
R4年度には、「Dummy Particle Condition」と呼ばれる新しい境界条件を粒子法モデルに導入することで、モデルを改良し、船体運動の計算精度を向上させた。R5年度には、元の粒子法モデルと改良されたモデルの両方を用いて、複数の波条件下で船体運動の大規模数値計算を実施した。模型実験データとパネル法の計算結果を比較することで、2つの粒子法の計算特性を検討した。波高による船体運動の非線形性について議論し、粒子法の適用性を評価した。全ての波条件下で改良された粒子法が元の粒子法モデルよりも高い計算精度を達成したことを確認した。また、元粒子法モデルでは見られなかった、計算精度と波高／粒子サイズの関係性を、改良された粒子法モデルでは明らかにした。
② 粒子法を用いて、船体の縦曲げモーメントを計算した。
大波高中の非線形流体荷重により、船体損傷が生じる可能性があり、海難事故につながると考えられる。R5年度には、粒子法の計算から得られた船体周囲の水圧を積分し、非線形船体の縦曲げモーメントの計算方法を検討し、複数の船体断面の非線形縦曲げモーメントを計算した。模型実験値と従来のパネル法の計算結果と比較することにより、粒子法の予測精度を検証した。粒子法は、特に船首や船尾など非線形応答が強い断面を含む全ての断面の縦曲げモーメントを正しく予測できた。改良された粒子法モデルが、元の粒子法モデルを上回ることが確認できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画のとおり、多数波条件の大規模計算により、非線形船体運動の予測に対す粒子法の適応性を検討した。本研究で改良された粒子法を用いて、全波条件下の船体運動の予測精度を改善できた。
また、改良した粒子法モデルを用いて、船体周囲の水圧分布を検討した。さらに、船体周囲の水圧の積分値に基づいて、船体縦曲げモーメント分布を計算し、実験値との比較により、改良したモデルの予測精度を検証した。
研究成果として、査読付き国際学会で論文（Proccedings）2件を発表した。ジャーナル論文1件を投稿した（現在査読中）。
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| 今後の研究の推進方策 |
① 粒子法に関する最新理論を引き続き調査し、本研究で開発した粒子法モデルに導入する。
② 粒子法を用いて、船体運動とタンク内流体応答を連成した数値モデルを作成する。
③ 模型実験により、②で作成した連成モデルの計算精度を検証する。
④ 本研究課題に関して、様々な成果が得られているので、ジャーナルや国際会議を中心として、成果発表にも努める。
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