FEM解析と高密度点群モデルの融合による実構造物の構造性能評価

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K04230
• 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22020:構造工学および地震工学関連
• 研究機関: 北海道大学 (2022-2023); 北見工業大学 (2021)
• 研究代表者: 宮森 保紀 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00363383)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 点群データ / SfM / 構造解析 / FEM

研究成果の概要

構造物の維持管理に活用可能な3次元データであるSfM(Structure from Motion)によって取得した点群データから，部材の変位や応力分布を確認できる有限要素モデルを構築する手法を開発した．具体的には，点群モデルの座標データをボックセル単位で節点とした．さらに，点群データを部材軸方向の一定間隔で2次元断面形状に変換し，各断面に2次元デローニー分割を行い，隣接断面と最近傍点を繋ぎ合わせることでソリッド要素を作成した．この手法で構築された点群FEモデルによって局部的に板厚が減少している部材の線形静的解析を行うことができ，既存構造物の応力状態を定量的に把握できる可能性を示した．

自由記述の分野

土木工学，構造工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年，構造物の維持管理に3次元データが活用されている．SfM(Structure from Motion)は通常のデジタルカメラで撮影した静止画や動画から3次元点群データを構築することができて，経済性や汎用性に優れている．一方，現状では点群データは構造物の外面の変状を確認し，健全性を定性的に評価することが主な用途である．本研究は，構造物の維持管理をさらに効率化するため，点群データから構造解析可能な数値モデルを作成して，健全性を定量的に把握する方法であり，表面的には劣化が進行していても，実際の保有耐力を適切に評価し，構造物の長寿命化につながる技術で，有用性があり社会的意義を有する．