最適制御理論による海洋構造物の動力学的設計法に関する研究

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本研究は、海底の基礎上に直立した柱状構造物の振動を抑制するために、自在継手(構造物は上下に分割)に付与すべき剛性と減衰の大きさを決定する方法について述べたものである。研究の内容はつぎの通りである。1.浮力によって直立した構造物に波力が外乱として作用するものとして運動方程式を誘導した。このとき波高は正規性定常有色雑音として扱い、流体抗力は流速の2乗に比例するものとした。継手部に作用する復原モーメントと減衰モーメントのパラメータの最適化が本研究の目的となる。2.評価関数としては構造物先端の水平度位の分散と基礎に作用する力の分散との重みつきの和を考えて最適制御理論を適用した。そのため流体抗力は統計的等価線形化法を用いて線形化し、波の外乱は白色雑音を入力とする成形フィルタの出力として与えた。3.数値例として構造物の応答と基礎に作用する力に関するトレードオフ曲線、継手部の最適パラメータ等を計算した。構造物の応答については計算機シミュレーションによって解析精度を確認した。なお上下に分割された構造物の長さ比および浮力を決定する構造物の中空率を変化させた場合の影響について調べた。研究の成果としては、1.構造物の応答および基礎に作用する力に関する制約条件を与えて、継手部のパラメータを最適化する手法を確立することができた。2.構造物の長さ比および中空率を適正化するための指針を与えることができた。今後の研究の展開としては、剛性と減衰を付与した水中自在継手の実現化と、さらに可撓性を有する連続管の剛性と減衰を最適化する問題への本手の拡張が考えられる。