海洋構造物の動的破壊挙動とその動的設計に関する基礎的研究

1989 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 62045040
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 大学協力
• 研究機関: 大同工業大学
• 研究代表者: 三瀬 貞 大同工業大学, 工学部, 教授 (00046707)
• 研究分担者: 久保田 稔 大同工業大学, 工学部, 助教授 (00021618) ; 事口 壽男 大同工業大学, 工学部, 教授 (60047305) ; 水澤 富作 大同工業大学, 工学部, 助教授 (60113081) ; ROBERT T. Hu オレゴン州立大学, 工学部, 教授 ; JOHN W. Leon オレゴン州立大学, 工学部, 教授 ; LEONARD John W. Professor Oregon State University ; HUDSPETH Robert T. Professor Oregon State University
• 研究期間 (年度): 1987 – 1989
• キーワード: 海洋構造物 / 動的崩壊 / 波浪外力 / 動的挙動 / 崩壊モード / 設計法

研究概要

本研究では、昭和62年度から平成元年度の3年間にわたり、本学とオレゴン州立大学との間で海洋構造物に関する共同研究を行い、得られた研究成果を研究報告書としてまとめている。以下その概要について述べる。
海洋構造物は、その構造形式、使用材料や機能により、多種多用な構造物が開発されてきており、過酷な環境に設置・建設されてきている。最近では、深海開発用の柔軟構造物(Compliant Offshore Structure)が、研究及び実施設計での主要なテーマとなっている。
本研究では、はじめに海洋開発での環境評価法や海洋構造物の設計概念について考察している。とくに、現在建設中である関西新空港を事例とし、わが国の海洋開発と環境評価法について研究した。また、テンションレグ・プラットホームやガイドタワー・プラットホームなどの新しい構造の力学特性や経済性について、過去の研究結果を基に比較検討している。
このような海洋開発の基礎をなす海洋構造物には、風荷重、波浪荷重、潮流や地震荷重などとの相互作用により、複雑な力学的挙動が示される。構造物に作用する正確な波荷重の推定がこのような構造物の解析や設計において重要な問題である。小規模構造物及び大型構造物に作用する流体力の基礎概念と定式化法について検討した。とくに。モリソン式で用いられる流体抗力係数や慣性係数の同定問題についての新しい評価方法を提案している。
次に、海洋構造物の動力学的挙動や崩壊挙動を解明するための構造解析法について詳細に考察した。とくに、複雑な海洋構造物の解析におけるモデル化(構造モデルや連成モデル)、定式化法(数学モデル、離散化手法、非線形解析法や動的応答解析法)について調査研究した。また、幾何学的非線形、材料学的非線形や非線形流体力などを含む問題の解析手法について体系化し、各種海洋構造物の静力学的及び動力学性状について考察している。本研究で開発した解析手法を用いて浮遊式構造の係留システムの力学的特性についても明らかにしている。さらに、内外の研究成果をもとに、構造物の力学的特性や海洋構造解析の問題点について考察している。
海洋構造物の破壊モードは、構造物の信頼設計において重要になってくる。本研究では、衝突問題、劣化問題である腐食や疲労問題、動的不安定問題や基礎崩壊問題を中心に、海洋構造物に関わる破壊モ-ドについて調査研究した。海洋構造物の衝突時間が、構造物の固有周期と比較して、非常に小さいので、簡単なモデルに置き換えて研究されている。しかしながら、この種の問題は、非線形性の高い動的問題であるので、有限要素法を用いて、円筒パイプの動的崩壊挙動について検討し、衝突時間、衝突角度や衝突荷重の大きさなどの影響について明らかにした。また、海洋環境での鋼材の腐食疲労実験を行い、その疲労特性や破壊性状について明らかにしている。
最後に、海洋構造物の設計法について調査研究した。API(米国石油協会)などの海外での海洋構造物の設計基準や指針の関連性についても考察した。従来、構造設計には、許容応力設計法が用いられてきているが、種々の限界状態に基づく限界状態設計法に移行しつつある。また、各国で破壊モードに基づく信頼設計法の海洋構造物への適用について研究がなされ、構造要素の信頼設計からシステムとしての信頼設計が検討されている。
以上、簡単に本研究で得られた研究成果の概要について述べてきたが、解決しなければならない多くの問題が残されている。これらの問題は、各分野に関係する学際的なものであり、今後の研究課題としたい。

研究成果

• [文献書誌] 事口壽男: "海水環境下での腐食波労に関する実験的研究" 日本造般学会第9回海洋工学シンポジュウム論文集. Vol.9. 309-316 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 事口壽男: "Corrosion fatigue strength under the sea water environment by electrochemistry" Proc.of Conf.FATIGUE 90,Materials and Component Egineering Publication. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 水澤富作: "海洋環境下でのケーブルの自由振動解析について" 土木学会海洋開発論文集. Vol.5. 273-278 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 水澤富作: "海洋ケーブルの動的非線形挙動について" 日本造般学会第9回海洋工学シンポジュウム論文集. Vol.9. 309-316 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 久保田稔: "砂粒子を含んだ鉛直上方噴流での乱流シュミット数" 土木学会論文集. No.405. 53-62 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 久保田稔: "小型海洋構造に作用する流体力ーState of the Art Reviewー" 大同工業大学紀要. Vol.25. 147-161 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hudspeth,R.T.: "Effects of data conditioning on Cm and Cd." Proc.of Japan Society of Civil Engineering.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Schaumburg,F.D.: "Influencing factors in marine development in Japan-Part I:Backgraound for development and the process-" Journal of Marine Environmental System.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Schaumburg,F.D.: "Influencing factors in marine development in Japan-Part II:Benefits,costs,and impacts of development." Journal of Marine Environmental System.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 桑山忠: "Properties of electric furnace slags as geomaterials" Proc.of 32nd Japan Congress on Material Research,. 213-218 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 水澤富作: "Vibration and buckling of plates with mixed boundary conditions" Engineering Struct.1990. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 水澤富作: "波浪を受ける緊張係留ケーブル・浮体の動的非線形応答解析について" 日本鋼構造協会第14回構造工学における数値計算法シンポジウム論文集. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Hisao Kotoguchi: "Experimental Study on Corrosion Fatigue Strength in Sea Water Environments" Proceedings of the 9th Ocean Engineering Symposium. 9. 309-316 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hisao Kotoguchi: "Corrosion fatigue strength under the sea water environment by electrochemistry" Proc. of Conf. FATIGUE 90, Materials and Component Engineering Publication. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tomisaku Mizusawa: "Vibration Analysis of Cables in Ocean" Proccedings of Civil Engineering in the Ocean. 5. 273-278 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tomisaku Mizusawa: "Nonlinear Dynamic Analysis of Cables in Ocean" Proceedings of the 9th Ocean Engineering Symposium. 9. 309-316 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Minoru Kubota: "Turbulent Schmidt number in the case of upward submerged jet involving sand particles" Proceedings of Japan Society of Civil Engineers. No. 405. 53-62 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Minoru Kubota: "Wave force acting on small offshore structures - state of the art review -" Bulletin of Daido Institute of Technology. 25. 147-161 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Hudspeth, R.T.: "Effects of data conditioning on Cm and Cd." Proc. of Japan Society of Civil Engineering.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Schaumburg, F.D.: "Influencing factors in marine development in Japan - Part I: Backgraound for development and the process -" Journal of Marine Environmental System.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Schaumburg, F.D.: "Influencing factors in marine development in Japan - Part II: Benefits, costs, and impacts of development" Journal of Marine Environmental System.
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tadashi Kuwayama: "Properties of electric furnace slags as geomaterials" Proc. of 32nd Japan Congress on Material Research. 32. 213-218 (1989)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tomisaku Mizusawa: "Vibration and buckling of plates with mixed boundary conditions" Engineering Structures. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Tomisaku Mizusawa: "Dynamic Nonlinear Behavior of Tension Leg Platform under Waves" Proceedings of Numerical Methods in Structural Engineering Symposium. (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より