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「船殻構造の強度評価と管理目標の定量化の調査研究」の報告書

 事業名 船殻構造の強度評価と管理目標の定量化の調査研究
 団体名 日本造船研究協会 注目度注目度5


■事業の内容

[1] 構造解析手法と算定精度の研究
a. モデル化による応答解析精度の研究
 構造解析のモデル化による精度について研究するため、150型バルクキャリアの貨物艙1+1/2ホールド、全ホールドモデルによる鉱石隔艙積み状態のFEM解析を行い、昨年度のバラスト積み状態の結果と比較検討した。また、助板の座屈固有値、ハルガーダの最終強度解析法を検討した。以上を含め3年間の結果により、バルクキャリア船体構造解析のためのガイドラインをまとめた。
[2] 材料・工作の不整量と強度変化の研究
a. 材料・工作の品質管理の調査
 追加事例として、目違いモデル、水圧を受ける初期不整のある船底外板の強度について、試解析を行った。以上の結果を含め、3年間の成果をまとめ今後の工作基準、品質管理のあり方について提言を行った。
[3] 設計条件と寿命管理の研究
a. 汎用データによる設計寿命の精度研究
 ストリップ法による船体運動、波浪変動圧と船倉内バラスト水の変動圧力の計算結果を模型実験にて検証し、また大型バルクキャリアの船艙部肋骨下端の応力解析を行って、疲労強度推定法の指針をまとめた。
b. 模型実験による検証
 船体構造の代表的な角まわし溶接継手試験片により、嵐モデルによる変動荷重疲労試験を行い、設計線図を作成し、線形累積被害則の適用法についてまとめた。
[4] 総合的な強度評価法の研究
a. 総合的強度評価法の検討
 確率論による総合的強度評価の定量化について各種損傷モードのフォルトツリー解析を行い、また、原子炉、航空機の強度余裕の考え方も整理して、安全管理目標設定の指針をまとめた。
b.試解析による検証
 総合的強度評価フローを検討し、各事象各破損経路の生起確率の試解析を行い、評価フローの妥当性を検証して管理目標定量化の方案について検討した。
c. 総合まとめ
 3年間にわたる設計における解析法と精度、工作不整の強度への影響、運用による寿命管理の成果をまとめ、設計・工作・運用におけるバランスのとれた管理目標と信頼性の向上についての提案をおこなった。
■事業の成果

本研究は、損傷調査、試解析、模型試験による研究を行い、損傷の各要因が強度に及ぼす影響度を定量化し、共通の尺度で総合的に判断し、設計、工作、運用の目標をバランスよく管理して、効果的に損傷防止に寄与することを目的とした3ケ年計画の最終年度である。
 調査研究は3つのワーキンググループにより、荷重・応答・強度に対する設計・工作・運用における精度・曖昧・不整の影響度について事例の調査をして夫々まとめを行うとともに、第4ワーキンググループを設けて最終的な総合的評価の検討を行った。
 調査研究における試計算は、15万トンバルクキャリアを供試船として行われ、設計における解析法、工作の不整量、運用のバラツキが構造の応答や強度・寿命に及ぼす影響を定量化し、設計・工作・運用の管理目標を提示することが可能となることが示された。
・ WG1では、貨物艙を対象として有限要素法や骨組構造モデルなどを用いて、弾性構造応答解析を行った。この解析を通じてモデル化の手法やモデル化範囲と応答精度との関係を解明した。また、供試船の縦強度について簡便な最終強度算定方法を提案した。
 更に、設計における構造解析で活用するためのガイドラインとしてまとめた。
・ WG2では、複雑な溶接ビード形状のピーク応力及び応力分布を求め、その応力を用いて疲労強度を算定する手法を開発した。更に、目違いによる応力上昇及びそれによる疲労強度の低下を明確にした。又、パネルの平面度が崩壊荷重に及ぼす影響に関して検討し、影響の度合を解明した。
 更に、工作管理のあるべき姿についてもとりまとめた。
・ WG3では、波浪荷重による変動圧とタンク内変動圧力を位相差を考慮して計算し、設計荷重としてまとめた。更に、溶接部の疲労強度評価の方法については、ホットスポット応力法、ピーク歪解析法、亀裂伝播解析法等について検討し、その有用性を示した。又、船の遭遇する波浪外力のパターンを嵐荷重で定義し、それによる疲労被害度を線形被害則により求め、同則が適用出来ることが分った。
・ WG4では、船殻構造の信頼性を定義する時、いかなる因子が影響を与えるかを明確にした。又、船殻構造の破損シナリオを撤積貨物船を例にして明確化し、破損確率の検証計算を行った。更に、信頼性試解析を疲労、座屈、圧壊及び崩壊モードに関して行ない有用性を示した。特にこの崩壊モード法により複雑な応力状態に於ける崩壊の信頼性解析が可能であることが分った。又、損傷のフィードバック手法にベイズモデルを用い、その有効性を確認すると共に検査計画立案法に関する手法を提案した。
 以上、本研究により得られた成果は、現在の設計・工作の質の向上、船舶運用管理に役立つものであり、耐損傷設計、JSQSの見直しに有益な指針を得ることができた。





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更新日: 2019年10月19日

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