| 研究課題/領域番号 |
16H02429
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
早稲田 卓爾 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30376488)
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| 研究分担者 |
宝谷 英貴 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (30636808)
谷澤 克治 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (70373420)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 海難事故 / 非線形波動・フリーク波 / ステレオカメラ波高計測 / 船体強度 / 弾性模型船 / データ同化 / アンサンブルシミュレーション / 高次スペクトル法 |
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| 研究実績の概要 |
フリーク波発生メカニズムとして，準共鳴非線形相互作用によるコヒーレントな波群の形成が重要と考えられる．本研究では，外洋における波面のステレオカメラ計測により，波浪の時空間データベースを構築し，波群の形成過程とその特徴を明らかにすることを目的とする．そして、波群を水槽実験により再現し、遭遇した船舶がどのような挙動を示すかを，船体の縦強度に着目し，実験的に検証する。
【ステレオカメラによる波面解析】東京大学平塚総合実験塔にて、平塚塔超音波波高計、ステレオカメラ、ステレオカメラ測定範囲（奥行き50 m、幅が40 m-70 mの台形領域）内の海底設置型ADCPと計測範囲外の波浪ブイによる比較を2018年9月に約1か月実施した。
【数値計算とデータ同化】ポテンシャル理論に基づく高次スペクトル法を用い、アンサンブル計算による4次元変分法（a4DVAR）によるデータ同化手法を確立した。そして、双子実験により、時系列及びステレオカメラを模擬したデータ同化手法の妥当性を確認した。
【船体運動と船体強度】縦曲げおよびねじり振動のモード形状を実船相似とするウレタン製一体型コンテナ船弾性模型を設計・製作した。設計の際には、弾性模型船のFEモデルを作成し、縦曲げやねじりの固有振動数の相似性を確認しながら模型船板厚等の調整を行った。製作した弾性模型船に対して、曲げ試験、ねじり試験、ハンマリング試験を実施し、弾性特性が実船のものとおおよそ相似になっていることを確認した。また、本弾性模型を用いて、海上技術安全研究所の実海域再現水槽（80m×40m×4.5m）にて波浪中曳航の予備実験を行った。本模型船により、縦曲げおよびねじりの弾性振動を計測できることを確認した。
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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
【ステレオカメラによる波面解析】平塚沖における1か月間の集中観測結果から、3次元の波面データの解析の精度検証を行った。有義波高の比較では、おおむねその他の測器と一致し、測定誤差は測器間の差異と同程度であることを確認した。これにより、ステレオカメラによる波面解析の妥当性が示された。
【数値計算とデータ同化】100のアンサンブル計算によるデータ同化手法の検証を双子実験にて行った。直進波の双子実験の結果、正則化項のチューニングにより精度良い推定が時系列データから可能であることを示した。また、多方向波の双子実験では、ステレオカメラを模擬した数波長程度の観測海域から、その数十倍もの範囲の波高を再現により、波群として伝搬する波が良く再現できていることを示した。
【船体運動と船体強度】波群中のコンテナ船の弾性応答に関する実験を実施するため弾性模型船を製作した。今回製作した模型は、縦曲げだけでなくねじり振動の相似性を考慮しており、また6自由度運動を許容する曳航を可能とする設計をしたため、斜め波中、多方向不規則波中の船体構造応答を調べることができるようになった。そのような水槽実験を、最終年度に実施する。
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| 今後の研究の推進方策 |
ステレオカメラ計測の精度検証ができ、一方、新たなデータ同化手法が確立された。今後は実計測データの解析を進める。また、船体運動計測では、ねじりを、梁を使わずに再現するというチャレンジングな課題に取り組み、一定の成果を得ることができた。
【ステレオカメラによる波面解析】2018年9月に多数の画像を得た。その中から特に波高が高く、かつ、画像データの品質が良いものを選び、高次スペクトル法とのデータ同化を実施する。ステレオ画像範囲外の再現性について、波浪ブイデータとの比較により検証する。
【数値計算とデータ同化】双子実験による手法の検証はできた。手法を実計測データの解析に実装する。そのために、データ解析システム、スーパーコンピューターを用いた大規模なアンサンブル計算を行う。
【船体運動と船体強度】縦曲げおよびねじりのモーメントを推定するために、ウレタン製船殻の内側の面にFBG（Fiber Bragg Grating）ひずみゲージを貼付するが、ウレタンの面が粗く、一部のゲージがうまく面に固定できない等の課題が見つかった。そのため、ゲージ貼付面のサンディングやゲージ固定方法（接着剤）等について再検討・調整する。そして、本弾性模型を用い、波群中の曳航実験を実施し、縦曲げおよびねじりの弾性振動計測を行う。
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