Development of health monitoring system for ship structures by inverse FEM

逆有限元法船舶结构健康监测系统开发

基本信息

批准号：
22KJ0655
负责人：
三上航平
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，船体構造の健全性を評価することを目的としたデジタルツインを実現するための船体構造モニタリングシステムの開発に関する研究を実施する．2021年度に実施した(a)計測量から構造の状態量を推定するデータ同化手法である逆有限要素法の船体構造に対する適用性の検証，(b)計測・解析・可視化などのモニタリングシステムに必要な機能を統合してシステムを構築するためのシステムプラットフォームi-SASの開発，(c)i-SASを用いて構築した模型船のモニタリングシステムの水槽試験における動作検証によって得られた結果を踏まえ，2022年度は以下の事項を実施した．(1)実船を対象とするデジタルツインシステムの構築・検証(2)実験データを用いた逆有限要素法の船体構造に対する適用性検証(3)各種センサによる計測データを用いた応答推定精度の向上を目指したデータ同化手法の研究(1)では，i-SASによって実船のモニタリングシステムを実装し，鉱石運搬船に適用して動作検証を実施した．その結果，リアルタイムに計測・解析・可視化が可能であることが確認された．また一航海（数十日間）に渡る連続動作が確かめられた．(2)では，水槽試験において計測されたひずみデータの一部を用いて逆有限要素法による模型船の構造応答推定を行い，推定値と推定に使用していないセンサの計測値を比較することで，入力として与えていない箇所においても構造応答を精度よく推定可能であることが示された．(3)では，既知の変位を逆有限要素法の変形推定における境界条件として与えることで精度向上を図る方法について検討を行い，シミュレーション上において変位境界条件を与えることで，与えない場合と比較して少ないひずみデータから精度よく変位を推定できることが明らかになった．また陸上でGNSSを用いた計測試験を実施し，測定精度に関しての基礎的な検討を行った．

本研究将研究开发船舶结构监测系统，以实现数字孪生，以评估船舶结构的健康状况。 2021年，我们验证了逆有限元法（一种根据测量量估算结构状态量的数据同化方法）对船舶结构的适用性；(b)测量、分析等监测系统所必需的；，以及集成功能的可视化系统。基于用于建造模型船的系统平台i-SAS的开发结果，以及(c)使用i-SAS建造的模型船监控系统的水箱测试中的操作验证，将实施以下项目2022 财年做到了。 (1) 实船数字孪生系统的构建和验证 (2) 利用实验数据验证逆有限元法对船舶结构的适用性 (3) 利用各种传感器的测量数据验证响应估计精度在研究中关于数据同化方法，旨在改进数据同化方法(1)，利用i-SAS实现了实船监测系统，并通过将其应用于矿石船来验证其运行情况。结果证实实时测量、分析和可视化是可能的。还确认了一次航行（数十天）的连续运行。在(2)中，我们利用水箱试验中测得的部分应变数据，采用逆有限元方法估计了模型船的结构响应，并将估计值与未使用传感器的测量值进行了比较结果表明，即使在没有给出输入的位置，也可以准确地估计结构响应。在(3)中，我们研究了一种通过在使用逆有限元法的变形估计中给出已知位移作为边界条件来提高精度的方法，并将在模拟中给出位移边界条件的结果与未给出位移边界条件的情况进行比较。很明显，可以通过少量应变数据高精度地估计位移。我们还在陆地上进行了GNSS测量试验，并对测量精度进行了基础研究。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Measurement of Deflection Distribution of Elastic Container Ship Model Using Stereo Imaging and Fiber-Optic Sensors

利用立体成像和光纤传感器测量弹性集装箱船模型的挠度分布

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Naonori Nagaya;Mai Hayashi;Yuko Morokuma;Yui Suzuki;Shun Takahashi;Mizuki Tanigawa;鈴木唯;Suzuki Yui;Suzuki Yui;三上航平;Kohei Mikami
通讯作者：
Kohei Mikami

モニタリングデータとデータ同化手法を用いた船体構造デジタルツインシステムの開発ルツインシステムプラットフォームi-SASの開発と水槽試験におけるシステム検証

利用监测数据和数据同化方法开发船体结构数字孪生系统开发孪生系统平台i-SAS并进行水舱试验系统验证

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Naonori Nagaya;Mai Hayashi;Yuko Morokuma;Yui Suzuki;Shun Takahashi;Mizuki Tanigawa;鈴木唯;Suzuki Yui;Suzuki Yui;三上航平;Kohei Mikami;三上航平
通讯作者：
三上航平

船体構造デジタルツインのための統合構造解析システムi-SASの開発

船体结构数字孪生集成结构分析系统i-SAS的开发

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Naonori Nagaya;Mai Hayashi;Yuko Morokuma;Yui Suzuki;Shun Takahashi;Mizuki Tanigawa;鈴木唯;Suzuki Yui;Suzuki Yui;三上航平;Kohei Mikami;三上航平;三上航平
通讯作者：
三上航平

デジタルツインシステムプラットフォームi-SASの開発と水槽試験におけるシステム検証

数字孪生系统平台i-SAS开发及水箱测试系统验证

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Naonori Nagaya;Mai Hayashi;Yuko Morokuma;Yui Suzuki;Shun Takahashi;Mizuki Tanigawa;鈴木唯;Suzuki Yui;Suzuki Yui;三上航平
通讯作者：
三上航平

船体構造デジタルツインシステムの水槽試験による機能検証を公開（結果報告）

船体结构数字孪生系统水箱试验功能验证发布（结果报告）