ホイッピング荷重の統計モデルの構築とその疲労き裂進展への影響に関する研究

鞭打载荷统计模型的构建及其对疲劳裂纹扩展的影响研究

基本信息

批准号：
22H01697
负责人：
川村恭己
金额：
$ 6.57万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度の第一の課題であるホイッピング現象の統計モデルの構築に関しては、計測データの整理とそれに基づく統計モデルの構築を試みた。具体的には、モニタリングで得られた短期海象(１時間を想定)毎の縦曲げ応力計測結果からFFTを用いて波浪荷重の成分とホイッピング成分を分離するとともに、得られた弾性振動成分から、ホイッピング発生点を抽出した。また、それらのデータを用いて、波浪成分の大きさに応じたホイッピング発生確率を表現する統計モデルを検討するとともに、ホイッピングの大きさに関する統計モデルを検討した。最終的に、MCMC法を用いて統計モデルの構築を試み、ある海象状態（有義波高、平均波周期、相対波向き等）における、ホイッピングの発生確率やホイッピングの大きさを推定可能な推定式を構築した。疲労き裂進展試験に関しては、油圧式サーボ疲労試験機とCT試験片を用い、LabVIEWを用いた計測システムを構築した。本年度は、ホイッピングを模した実験として、定振幅波に小振幅波が重畳した比較的単純な波形を有する荷重履歴を用いた疲労試験を行った。これにより、小振幅波の重畳の程度の違いによる寿命の違いを観察するとともに、き裂先端のひずみ計測に基づく、RPG荷重の計測を行った。後述するき裂進展シミュレーションでは、RPG荷重の推定が必要となるため、実験におけるRPG荷重の計測結果の妥当性の検証が必要となる。今後は、弾塑性FEM解析を用いたRPG荷重の計測結果の妥当性について、検討が必要であると考えられる。また、き裂進展シミュレーションに関しては、申請者らの研究室で開発されてきたCP-Systemの改良を行うことにより、変動する荷重での解析への適用が可能となった。今後は、本手法を実験で取り扱った荷重条件に適用することにより、実験及びシミュレーションの妥当性の検討が必要である。

关于鞭打现象统计模型的构建，这是今年的首要任务，我们尝试整理测量数据，并在此基础上构建统计模型。具体来说，我们利用监测得到的各短期海况（假设1小时）的垂向弯曲应力测量结果，利用FFT将波浪载荷分量和鞭打分量分离出来，从得到的弹性振动分量中，得到鞭打发生点为提取的。此外，使用这些数据，我们研究了根据波浪成分的大小表达鞭打发生概率的统计模型，并且还研究了关于鞭打幅度的统计模型。最后，我们尝试使用MCMC方法构建统计模型，并使用估计公式可以估计特定海况（有义波高、平均波浪周期、相对波向、等）。对于疲劳裂纹扩展测试，我们使用了液压伺服疲劳试验机和CT试件，并使用LabVIEW构建了测量系统。今年，作为模拟鞭打的实验，我们使用在恒定振幅波上叠加小振幅波的相对简单的波形的负载历史进行了疲劳试验。通过这种方式，我们观察到由于小振幅波的叠加程度不同而导致的寿命差异，并且还根据裂纹尖端处的应变测量来测量RPG载荷。在下面描述的裂纹扩展模拟中，需要估计RPG载荷，因此需要在实验中验证RPG载荷测量结果的有效性。未来，有必要使用弹塑性有限元分析来检验 RPG 载荷测量结果的有效性。另外，关于裂纹扩展模拟，通过改进申请人实验室开发的CP系统，可以将其应用于变化载荷的分析。将来，有必要将该方法应用于实验中处理的载荷条件来检验实验和模拟的有效性。