大阪大学大学院 工学研究科地球総合工学専攻 船舶海洋工学部門

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船体桁の縦曲げ最終強度に関する研究

船体の縦曲げ最終強度は最も基本的な強度要件である。近年の計算機の性能の向上により、有限要素法(FEM: Finite Element Method)や理想化構造要素法(ISUM: Idealized Structure Unit Method)を用いたホールド構造あるいは全船の縦曲げ最終強度解析が可能となった。一方、純曲げ下での縦曲げ最終強度の実用的な計算法として船体構造規則にも取り入れられているSmith法がある。近年ではコンテナ船の大型化とともに、捩りモーメントや船底荷重が縦曲げ最終強度に及ぼす影響が問題となおり、それらの影響を考慮できるようSmith法の拡張した(拡張Smith法)。研究室では、FEMなどの詳細計算法の適用と拡張Smith法などの実用法の開発の両面から,船体桁の縦曲げ最終強度に関する研究について行っていく。

船体構造デジタルツイン

デジタルツイン(DT)は、現実空間の対象物からセンサーなどで計測されるデータと、サイバー空間に再現したモデルを用いたシミュレーション結果を活用しながら、何かしらの意思決定支援を行うことを目的とする。船体構造DTプロジェクトでは、ひずみなどの計測データと構造応答予測シミュレーションを同化しながら、構造破損が生じる危険度を正確に把握・予測して、より安全な運航や最適なアセットマネジメントを実現するための研究を行っている。

波浪中船体の動的崩壊挙動に関する研究

リスク(=破損確率結果)の評価の観点から考えると単に破損確率を知るだけでなく、破損(崩壊)したときの結果を評価しておくことも必要である。そのためには、波浪中荷重解析と動的崩壊挙動解析を併せて、流体―構造連成問題を解く必要がある(流力弾塑性)。これまで、船体中央部に弾塑性崩壊機構を有する二剛体モデルと非線形ストリップ法を組み合わせた解析手法を開発し、これと平行してより単純なモデルで解析解を得て崩壊の特性を調べている。また、検証のための縮尺模型の設計方法の開発を行い、水槽実験からも崩壊特性を明らかにした。衝撃的な荷重の元ではエネルギーの有限性から崩壊の結果が小さいことが示された。今後、構造の三次元性、局部-全体荷重の連成挙動、衝撃荷重評価を含めた解析や実験を目指している。

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超大型浮体の構造設計とリスク評価に関する研究

20年ほど前にわが国で精力的に開発が行われた超大型浮体技術は、世界で再度注目を浴びる可能性を秘めている。実際に様々なプロジェクトが計画されている。超大型浮体の構造設計ツールとして、多様な平面形状、浮力支持方式、内部構造および上部構造(風車タワー、ターミナルビルなど)の組み合わせが考慮可能な波浪中弾性応答解析プログラムを開発した。また、崩壊解析を組み合わせた超大型浮体のリスク評価に関する研究を行っている。写真は超大型浮体の崩壊現象の再現実験の様子である。

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大型船の操船と構造強度の関係に関する研究

コンテナ船の大型化が続いている。コンテナ船が大型化すると縦曲げ振動の固有周期が長くなるために弾性振動が顕著となる。弾性振動は通常の波浪荷重と重畳し、構造荷重を増加させるために、疲労寿命の低下など構造強度上の問題を生じさせる可能性がある。一方で、たとえば船速を上げると弾性振動が増すなど、操船方法によって、弾性振動の特性が大きく変化することが考えられる。特に、運動応答を抑制するように操船した場合でも、構造には負担をかけていることも考えられ、従来の操船方法では十分な構造安全性を確保できない状況が考えられる。大型船の操船と構造強度の関係を明らかにするための研究を行っている。

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海洋再生可能エネルギーに関する研究

規模の経済から、海洋再生可能エネルギーでは大型の機構が用いられる公算が高い。関連して、我々は大型風車を支持するための大規模ジャケット構造物の研究、浮体式洋上風力発電装置の研究、一点係留施設の研究などを実施している。写真は研究室で提案を行った、一点係留型のセミサブ形式浮体の実験の様子である。この実験では風車が風見鶏のように風を追跡する性能の調査と風・波複合荷重の下での挙動を調査することを目的とした。併せて、風車ローターのダイナミクスと支持基盤構造のダイナミクスを連成させた構造解析ツールを開発している。

実験 一点係留

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