船舶が実際に曝される高周波重畳波浪条件下における疲労強度評価手法の高度化

• 研究課題/領域番号: 23K04256
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分24020:船舶海洋工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所
• 研究代表者: 穴井 陽祐 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 (60470051)
• 研究分担者: 森下 瑞生 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 (00897770)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 疲労亀裂 / 疲労寿命予測 / 船体構造 / 疲労亀裂伝播 / 疲労強度 / 破壊力学

研究開始時の研究の概要

船体には様々な周波数の繰返し応力が重畳して作用する。
応募者らは、亀裂先端部の塑性挙動に着目した疲労亀裂成長シミュレーション手法の開発を行っているが、重畳応力条件下に関しては、手法の根幹となる亀裂先端部の塑性挙動の直接的な評価に至っていない。
本研究では重畳応力条件下における亀裂先端の塑性挙動を実測し、疲労亀裂伝播履歴との関係を解明するとともに、広く重畳応力条件に適用可能な手法の開発を行う。

研究実績の概要

本研究は、船舶が実際に曝される高周波重畳波浪条件下における疲労強度評価手法の高度化を目的としている。また、本研究で取り組む疲労強度評価においては、亀裂先端部の塑性挙動に着目した疲労亀裂成長推定法を用いる。このため本研究では、高周波重畳応力条件下における亀裂先端の塑性挙動を実測可能なシステムを構築し、疲労亀裂成長との関係を直接的に解明することで、上記推定法の適用範囲の拡張および高精度化を図る。
2023年度は、当初の計画通り、亀裂先端部の塑性挙動を計測するシステム（以下、単に「計測システム」と称す。）の構築に着手した。計測システムの構築にあたって、ひずみの計測方法（使用する計測機器やひずみの計測位置、サンプリング周波数等）を検討すべく、まずは当所が所有する動ひずみ計測機器類および溶接継手試験片を用いて、一定振幅の繰返し荷重下における応力集中部近傍の動ひずみ計測を実施した。この動ひずみ計測は、ひずみの計測位置や載荷速度に対するサンプリング周波数等をパラメータに複数の条件下で行い、ここで得られた各サイクル中の荷重－ひずみ関係を解析することで、計測システム構築に向けて必要となる機能等に関する検討を実施した。
これらの検討の結果、亀裂先端における詳細な塑性挙動を把握するためには得られたひずみに対して増幅等の処理を行う必要があること等を確認し、計測システム内におけるひずみデータ処理方法に関する課題を抽出した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

亀裂先端の塑性挙動計測システムの構築に時間を要しているため。

今後の研究の推進方策

2024年度は、塑性挙動計測システムの構築に注力し、進捗の遅れを回復する。
以降、当初計画のとおり重畳応力条件下における亀裂先端の塑性挙動計測に着手する。