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結氷海域を航行する船舶の安全性の確保に資するために、最も重要な因子である、船体が周囲の氷から受ける力、船体氷荷重について研究した。この問題に対する研究は従来は、船舶が氷中を航行するときの船体歪を計測する実船実験により行われてきたが、近年、海上技術安全研究所では、圧力センサーを張り付けた模型船を水槽内に製氷した氷の中で航行させて氷荷重を直接計測する模型実験(縮尺1/30程度)による手法も開発した。本研究の対象である中規模スケール実験とは、これらの中間的な縮尺(1/5〜1/10程度)の船体模型を用いて水槽実験を行い、この時の船体歪と氷荷重の両者を計測することにより、実船実験と模型実験の両者間のリンクを与え、船体氷荷重に対する理解を深めようとするものである。
本年度の研究では、船首部を模擬した模型を設計・製作し、これを実験に供した。実験では、厚さ50mmから150mmの氷板中にこの模型を一定速度で走行させた。実験結果より得られた歪はスパイク状のピークが断続的に表れるものとなった。このような歪特性は、実船実験により得られたものと極めて似ている。一方、圧力センサーによる計測結果より、氷荷重は狭い領域に集中した荷重が、間隔を置きながら船体外板上を船首から船尾方向に移動する特性があることを示した。これより、歪の挙動は、このような氷荷重が歪計測部の外部を通過する度にスパイク状のピークが発生していると説明できる。さらには、実船実験と中規模スケール実験における歪の挙動の類似性は、実海域における氷荷重も、中規模スケール実験と同様に狭い領域に集中した荷重が断続的に移動するという特性を持つ可能性を意味する。従来、船体氷荷重のモデルとしては、水平方向に延びた連続荷重モデルとして取り扱われることが一般的であったが、今回の研究結果はこのモデルの再考の必要性を示唆するものである。
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