浮体式海洋建築物に作用する2次波浪外力とそれによる共振的な応答の予測と制御

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緊張係留式海洋構造物(TLP)においては,上下モードの動揺の固有周期が海洋波の周期に比べて非常に短く,波と同周期の1次波浪外力との共振が避けられ応答が抑制されるが,一方で,系の減衰が小さいことから,2次波浪外力の周波数和成分と同調して高周波応答を生起する可能性が存在し,設計上の重要な検討要目となる。本研究では,不規則波中のTLPに作用する2次波浪外力の予測理論を2次回折理論に基づいて展開し,これを評価するためのハイブリッド型積分方程式法による数値解析プログラムを開発するとともに,実機TLPの縮尺模型を用いて,不規則波水槽中における波浪外力,浮体動揺及び係留索張力の計測実験を行い,理論の妥当性を検証した。さらに,この理論を応用して,2次周波数和力が浮体の動揺特性や緊張係留索の張力変動,疲労寿命などに及ぼす影響を検討するとともに,付加減衰機構(粘性ダンパー)による2次周波数和応答の抑制効果について研究した。本研究の結果得られた知見は以下のように要約される。1.TLPの上下モードの応答や係留索張力には,顕著な2次周波数和成分が含まれ,その大きさは1次波浪外力による応答と比較しうる程度である。2.このような応答を励起する主要な外乱は2次波浪外力の周波数和成分であり,その大きさは2次回折理論に基づく解析によって精度良く予測できる。3.TLPの2次周波数和応答は共振周波数の近傍において粘性減衰の影響を顕著に受ける。この応答を精度良く予測するには,粘性減衰係数の適切な評価が不可欠である。4.2次周波数和応答の存在は緊張係留索の変動張力と疲労寿命に顕著な影響を及ぼす。5.付加減衰機構(粘性ダンパー)の設置は,TLPの2次周波数和応答を抑制するのに効果的である。