基準開発グループ

SHIP STRUCTUAL STANDARDS GROUP

　当グループでは、船体にかかる波浪荷重の推定法や全船構造一貫解析システムの開発、経年劣化評価に立脚した構造基準の開発を行っています。船級協会や標準化機関と連携し、各種規則の改訂や標準化に向けた働きかけを行うことで、国際基準や各種規則の動きを積極的にリードしています。

メンバー

（◎はグループ長）

研究紹介

　安全、運用及び保守に関する国際基準の動きを積極的にリードしていくため、当グループでは、以下の広い範囲の研究課題に取り組んでいます。

1. 全船荷重・構造一貫強度評価システムDLSAの開発

　最先端の荷重・構造解析手法を取り入れた全船荷重・構造一貫強度評価（Direct Load and Structural Analysis：DLSA）システムを開発しています。DLSAでは、一貫解析における過程に多階層のモジュールを用意し、海象条件及び各モジュールを組み合わせることで、目的の強度評価に応じた４種類の解析・評価手順「DLSA-Basic」、「DLSA-Basic W」、「DLSA-Professional」及び「DLSA-Ultimate」を提示しています。これらの機能は、一貫解析の入力となる海象の特定も可能です。また、DLSAの開発と同時に、ソフトウェアが設計現場で簡便に使用できるようGUI（グラフィック・ユーザー・インターフェイス）の開発と普及も行っています。

＜DLSA-Basic＞
　DLSA-Basicは、線形理論を基礎とした最も基本的な機能を備えたシステムで、高速かつロバストな全船荷重・構造一貫解析が実行可能です。荷重は線形ストリップ法「NMRIW-Lite」及び線形3次元Green関数法「NMRIW3D-Lite」から選択することができます。また、荷重または降伏・座屈強度の短期・長期予測による評価に基づいて、最悪海象を特定することも可能です。

―関連論文―
松井貞興ら、船体構造設計のための全船荷重構造解析ならびに強度評価システムDLSA-Basicの開発、海上技術安全研究所報告、2019、Vol.19、No.3、pp.373-393.

＜DLSA-Basic W＞
　DLSA-Basic Wは、DLSA-Basicが特定した最悪海象下の応答をターゲットとした、非線形理論を基礎とした簡易解析システムです。運動・荷重解析では、スラミングや海水打ち込みなどの非線形現象を考慮することができます。また、構造強度評価だけでなく、非線形梁を組み込んだモデルによる極限海象の特定も可能です。

＜DLSA-Professional＞
　DLSA-Professionalは、最終強度評価及び残存強度評価をターゲットとしたシステムです。最終強度は従来、流体解析とは切り離されて評価されてきたため、荷重解析と連成させる本システムは実現象との溝を埋めるための手法を提示するものです。また、最終強度評価の結果から、極限海象を特定する役割も担っています。

＜DLSA-Ultimate＞
　DLSA-Ultimateは、流体・構造双方で最先端の技術を駆使した先進的なシステムです。運動・荷重解析及び構造解析の出力データを交互に受け渡す弱連成解析を実行する全船荷重・構造一貫強度評価システムとして開発しています。荷重ツールに当研究所開発のCFDコード(NAGISA)を据えた、CFD-FEA連成解析を行うことができます。

2. NMRIW-II（波浪中運動・荷重解析プログラム）の開発

　波浪中の運動・荷重解析ツールとして、NMRIW-IIを新たに開発しました。NMRIW-II（Nonlinear Motion in Regular & Irregular Wave-Integrated Intelligence）は非線形ストリップ法に基づいており、様々な波条件下におけるスラミング・ホイッピングを含めた非線形船体応答を解析することができます。それにより求めた荷重は、DLSAのインターフェース上でシームレスに構造解析へと受け渡すことが可能です。

3. 日本海事協会との連携

　当グループでは、鋼船の規則開発及び検査を行う機関である日本海事協会との連携のもと、規則やガイドライン等の開発・改正に資する研究を行っています。

＜波浪荷重の規則算式の開発＞
　船体構造強度の安全性を評価するためには、波浪による荷重を正しく推定する必要があります。当グループでは上述したNMRIW-Lite, NMRIW3D-Lite, NMRIW-IIといった荷重解析ツールを開発しているため、これらを用いて合理的に波浪荷重を推定することができますが、船級規則では解析ツールに依らない規則算式による推定が求められます。そこで、荷重解析ツールを作成する中で培われたノウハウを生かし、簡便かつ合理的に波浪荷重を推定できるような簡易算式を開発する研究を進めています。

＜現行規則における船体構造強度評価手法の妥当性検証＞
　船体構造設計では、航行中に船体が受ける多種多様な波浪荷重を考慮し、必要十分な強度を持たせるようにすることが必要です。現行の鋼船規則やガイドラインでは、強度評価プロセスの簡便化のため、数種類の代表的な波浪荷重に対する応答をもとに、船の就航期間中に生じる応力の最大値を評価する方法が規定されています。
　しかし、近年、船舶の大型化や新船型の船舶の登場により、船舶の形状や寸法は現行規則の制定時と比べて大きく変化しています。そこで、当グループでは、DLSAシステムを活用して、あらゆる波浪の遭遇を考慮した、より厳密性の高い解析を実施し、現行規則ベースの解析結果と比較することにより、規則やガイドラインの改正に資する提言を行っています。

―関連論文―
松井貞興ら、船体構造設計のための全船荷重構造解析ならびに強度評価システムDLSA-Basicの開発、海上技術安全研究所報告、2019、Vol.19、No.3、pp.373-393.

＜腐食環境中における疲労き裂進展挙動の解明＞
　船舶は海水中で繰返し荷重を受けながら航行しています。船体は、繰返し荷重により疲労き裂が発生し、損傷することがないよう設計することが求められます。ただし、海水中のような腐食環境中における疲労き裂の進展挙動は大気中における挙動と大きく異なります。そこで、腐食環境中における疲労き裂進展挙動を解明するための試験を実施しています。

4. 防食塗装の劣化機構の解明及び寿命評価手法に関する研究

　船舶のバラストタンクや海洋構造物は厚膜の防食塗装により腐食から保護されています。電気化学インピーダンス(Electrochemical Impedance Spectroscopy: EIS)法に注目し、この様な塗装系の劣化過程を評価するための研究を行っています、また、厚膜の防食塗装は劣化発生までに長期間を要するため、短期間に寿命評価を行う為の促進試験方法に関する検討を行っています。

5. IMO（国際海事機関）ゴールベース構造基準（GBS）策定への取り組み

　IMO（国際海事機関）は、造船・海運にかかわる問題を政府間レベルで協議する国連の専門機関のひとつです。海上の安全、海洋汚染の防止などに関する国際的な海事規則（条約、コード等）を審議、採択します。締約国政府は、採択された規則を遵守しなければなりません。
　構造設計規則を作成するにあたっての、IMOと船級協会の役割が明確になり、船級協会は、IMOで合意される目標(ゴール)、機能要件に従って、構造寸法等を規定する船体構造設計規則を作成しなければなりません。当グループでは、GBS策定に向けて、これに資する技術的検討に取り組むと共に、IMOに研究成果を提供するだけでなく、日本代表団としてIMOでの会議に出席する等積極的に取り組んでいます。