Numerical modeling of 3D fatigue crack propagation to the fatigue life evaluation of ship structures

デジタルツイン技術の高度化により，実測にもとづく荷重履歴を考慮した全船解析が可能となってきている．本研究では，実荷重下の船体構造部材に生じる疲労き裂進展に着目し，計算破壊力学の観点から研究に取り組んでいる．今年度は，ばら積み船を想定し，船体構造シェル-ソリッド一体型モデルの構築を行った．グローバルモデルとして船体構造をシェルモデルによりモデル化した．ローカルモデルとして船体構造中の十字継手部を解析対象としている．モデリングおよび解析の妥当性の検討を目的としてローカルモデルには二つのアプローチを用いた．一つ目は，四面体二次要素を用いてソリッドモデルを用い，シェルモデルと剛体要素で繋ぎ NASTRAN を用いて解析を行った (NASTRANモデル)．二つ目のモデルとして四面体一次要素を用いてソリッドモデルを用い，同様にシェルモデルと剛体要素で接続し，オープンソース構造解析ソフト Code_Aster を用いて解析を行った (Code_Aster モデル)．応力解析を行い，それぞれのモデルで解析結果に差が無いことを確認した．さらに，それぞれのモデルに対して表面き裂を挿入し破壊力学パラメータ評価の基礎検討を実施した．NASTRAN モデルに対しては二重節点を用いて表面き裂をモデル化し四面体二次要素向けVCCM法により表面き裂をモデル化する．一方，Code_Aster モデルでは，X-FEM により表面き裂をモデル化し領域積分法により破壊力学パラメータを評価した．現在，両方のアプローチでほぼ同様の結果を得ることに成功している．今後は，き裂進展解析に向けより詳細な有限要素モデリングおよび破壊力学解析を実施してゆく．

デジタルツイン技術の高度化により，実測にもとづく荷重履歴を考慮した全船解析が可能となってきている．本研究では，実荷重下の船体構造部材に生じる疲労き裂進展に着目し，計算破壊力学の観点から研究に取り組んでいる．今年度は，ばら積み船を想定し，船体構造シェル-ソリッド一体型モデルの構築を行った．グローバルモデルとして船体構造をシェルモデルによりモデル化した．ローカルモデルとして船体構造中の十字継手部を解析対象としている．モデリングおよび解析の妥当性の検討を目的としてローカルモデルには二つのアプローチを用いた．一つ目は，四面体二次要素を用いてソリッドモデルを用い，シェルモデルと剛体要素で繋ぎ NASTRAN を用いて解析を行った (NASTRANモデル)．二つ目のモデルとして四面体一次要素を用いてソリッドモデルを用い，同様にシェルモデルと剛体要素で接続し，オープンソース構造解析ソフト Code_Aster を用いて解析を行った (Code_Aster モデル)．応力解析を行い，それぞれのモデルで解析結果に差が無いことを確認した．さらに，それぞれのモデルに対して表面き裂を挿入し破壊力学パラメータ評価の基礎検討を実施した．NASTRAN モデルに対しては二重節点を用いて表面き裂をモデル化し四面体二次要素向けVCCM法により表面き裂をモデル化する．一方，Code_Aster モデルでは，X-FEM により表面き裂をモデル化し領域積分法により破壊力学パラメータを評価した．現在，両方のアプローチでほぼ同様の結果を得ることに成功している．今後は，き裂進展解析に向けより詳細な有限要素モデリングおよび破壊力学解析を実施してゆく．