| 研究実績の概要 |
海洋科学掘削は地震の発生予測や海底資源の調査等を目的に行われる。海底を掘削するためのドリルパイプは最長で10,000mを超える長大管であり相対的に曲げおよび捩じり剛性が低くなるため大規模な変形が発生する。特に捩じりに関してはStick-Slipと呼ばれる大きな捩じり振動が発生することが知られており、掘削効率を低下させる要因となっている。本研究はこのStick-Slip現象を数値解析によって予測する手法の開発を行ったものである。この数値解析手法の難点は2点に集約できる。第1点は初期履歴の問題である。Stick-Slipの数値解析は中立型遅延微分方程式(NDDE)を解く問題に帰着できるがNDDEを解く場合、初期値ではなく初期履歴の設定が求められる。本研究では解の初期履歴依存性を系統的に調査し、導関数があらゆる時間で連続となる条件を満たす初期履歴にわずかな擾乱を加えたものを設定すると観測結果によく一致するStick-Slipが数値解として得られることを示した。第2点はドリルビットに作用するトルクの設定の問題である。ドリルビットは深い海底下にあるため、それに作用する力を推定することは困難である。それにも関わらずドリルビットに作用するトルクは数値解析上の境界条件となっており、その設定は不可欠である。そこで実際の掘削時には計測可能なトップドライブトルク(ドリルパイプ上端を回転させるために必要なトルク)を参考に数値解析結果がそれに一致するようにドリルビットに作用すうるトルクを決定する手法を示した。本研究の方法でStick-Slipの解析を行ったところ、テフロン管を用いた1mのドリルパイプ模型による計測結果とよく一致することが分かった。またドリルパイプ実機の計測結果と比較したところ、Slipが過大に計算されるものの定性的にはよい一致を示すことが分かった。
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