Development of health monitoring system for ship structures by inverse FEM

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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．