近年、一般商船の上部構造は高層化する傾向にあり、従来に増して防振設計が困難とな っている。一方、計算機の発達により従来は扱えなかった自由度を有するモデルの解析が 可能となりつつある。本研究では解析精度に寄与する各要素について検証を行い解析精度 向上のための指針を示し、また、全船振動応答解析の応用技術を示すことを目的とした。
以下に本研究の実施内容と得られた主な結論を示す。
１．上部構造の防振設計の現状と課題
操舵室、作業区画、居住区画といった上部構造の機能的要件を整理し、上部構造の設計 における防振設計の位置づけを示した。
上部構造の変遷では、条約、規則の発効により上部構造が高くなるケースがあり、その ため、従来に増してより詳細な上部構造の防振設計が要求されている状況を示した。
上部構造の設計では、計画段階の上部構造の設計の流れを整理し、最適な上部構造の防 振設計を行うためには、設計の自由度がより大きく残されている基本設計段階で上部構造 の防振設計を行う必要があることを具体化した。
上部構造の固有振動数、振動応答を精度よく評価し最適な上部構造の防振対策を検討す るためには全船振動応答解析が必要であり、上部構造の防振設計の課題として全船振動応 答解析の精度向上があげられることを考察した。
２．全船モデルのモデル化要領
全船モデルのモデル化要領は解析精度に影響を与えるため、従来のモデル化要領の課題 を整理し、主機のモデル化手法の開発を行い、精度向上のためのメッシュサイズの影響の 検討を行った。得られた結論は以下のとおりである。
（１）従来の振動解析用の全船モデルは解析精度の観点でモデル化要領を決めているので はなく、モデル化が簡易にでき、また、従来の計算機で解析が行える自由度に収め るということで決まっている。
（２）剛性、質量を詳細にモデル化し実機の振動特性を再現できる詳細な主機のモデル化 手法を開発した。また、軸系の縦振動、ねじり振動の振動特性が再現できる主機軸 系のモデル化手法を開発した。
（３）二重底等でメッシュが粗いと固有振動数が高めとなることを示し、粗いメッシュの まま簡易的に細かいメッシュの剛性を再現する等価剛性法を開発した。
（４）VLCC の上部構造の振動応答を対象に等価剛性法による感度解析を行い、感度の高 い対象のモデル化要領を見直すことにより解析精度が向上することを示した。
（５）全船振動応答解析に等価剛性法を適用する際の注意点を示し、実際にメッシュを細
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かくし詳細構造をモデル化することで解析精度が向上する可能性があることを示し た。
３．タンク内液体に対する自由表面の影響
カーゴタンク、バラストタンク等のタンク内液体に自由表面がある場合に液体の質量に 対して有効振動質量は100%を下回る場合がある。従来のモデル化手法ではタンク内液体は 構造をモデル化した要素の密度調整か質点質量でモデル化されており、液体の100%の質量 を考慮している。そこで、従来のモデル化手法が振動特性に与える影響を検討した。タン ク内液体の有効振動質量を求める従来の簡易式の有効性を調べ、タンクが水平運動、上下 運動、回転運動する際の有効振動質量に与える影響を評価した。タンク内液体の自由表面 がタンカーの船体節振動の固有振動数に与える影響について調べ、バルクキャリアーのバ ラストタンクが水平方向に振動する際に船体の振動特性に与える影響を検証した。得られ た結論は以下のとおりである。
（１） タンク内液体の有効振動質量比に関してSendaの簡易式がBEMによる数値解析結 果とよく一致しており簡易的に有効振動質量を求める手法として有効である。
（２） 矩形タンクが水平方向に運動する場合はタンクの液位が浅くなるほど有効振動質量 の低減率が大きくなる。矩形タンクが上下方向に運動する場合は有効振動質量はタ ンク内液体の質量の 100%と考えることができる。矩形タンクが回転運動をする場 合はタンクの液位が浅く、または、深くなると有効振動質量比は1.0に近づく。
（３） 従来の全船モデルにおけるタンク内液体のモデル化手法である密度調整法は、タン ク内液体の回転運動による有効振動質量の影響により船体２節振動の固有振動数を 仮想質量法に比べて低めに評価することになる。そのため、全船モデルによるタン カーの船体節振動の固有振動数推定の際にはカーゴタンク内の液体を仮想質量法で モデル化する必要がある。
（４） バルクキャリアーのトップサイドタンクのように広い自由表面を有する場合はタン ク内液体に与える自由表面影響が有意であり、タンク内液体の自由表面影響を考慮 することで全船モデルによる振動応答推定精度が向上する可能性がある。
４．起振力モデル化手法
主機起振力であるアンバランスモーメント、ガイドモーメント、軸系縦振動起振力を実 機と同じメカニズムでそれぞれの起振力の位相差を考慮して直接全船モデルに負荷する手 法の開発を行い起振力の検証を行った。また、プロペラ起振力であるサーフェスフォース とベアリングフォースに関して発生のメカニズムと起振力のモデル化要領を示した。また、
詳細な主機起振力のモデル化により可能となった主機起振力とプロペラ起振力との統合解 析手法の開発を行い、応用技術としてフェイジング技術の例を示した。得られた結論は以 下のとおりである。
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（１） 主機起振力であるアンバランスモーメント、ガイドモーメント、軸系縦振動起振力 を実機と同じメカニズムでそれぞれの起振力の位相差を考慮して直接全船モデルに 負荷する手法を開発した。また、開発した起振力モデル化手法が主機メーカーが計 算した起振力に対して十分な精度を有していることを確認した。
（２） プロペラ起振力であるサーフェスフォースとベアリングフォースに関して起振力発 生のメカニズムを整理し起振力のモデル化手法を示した。
（３） 詳細な主機起振力のモデル化により可能となった主機起振力とプロペラ起振力との 統合解析手法を開発し、フェイジング技術に活用できることを示した。
５．減衰のモデル化
従来の減衰に関する研究により得られた知見と減衰モデルの取り扱いをまとめ従来の減 衰モデルの課題を示した。近年実用性を増した実験モーダル解析の理論と特徴、タンカー を対象に解析した結果と考察を示し、得られた減衰から作成した減衰モデルを使用して全 船振動応答解析の試解析を行い結果を考察した。得られた結論は以下のとおりである。
（１） 従来の研究で船体節振動を対象に実船計測結果、模型試験などで減衰の検証が行わ れていたが、計測結果にばらつきが大きく振動数に対して明確な傾向はつかめてい なかった。一方、全船振動応答解析に適用する減衰モデルは振動数が高くなると減 衰比が増加する傾向となっており計測結果との整合性はとれていなかった。
（２） 従来報告のされていない大型の一般商船であるタンカーの上部構造の振動を対象に 沖だしの起振機試験を行い、計測結果を使用して実験モーダル解析による減衰の同 定を行った。従来の計測結果と同じくばらつきが大きく振動数の増加に対する減衰 の増加は見られなかった。
（３） タンカーにて得られた減衰により最小二乗法でモデル化した減衰モデルを適用して 全船振動応答解析を実施したところ、計測結果の振動応答に対して解析結果が大き 目となる結果となった。今後の課題にデータ取得のメッシュと全船モデルのモデル 化要領を挙げた。
６．全船振動応答解析技術の応用
振動応答ズーミング解析手法の理論を示し、VLCC のタンクを対象とした解析により本 手法の妥当性を検証した。また、本手法を上部構造の振動応答評価に適用する要領を示し た。得られた結論は以下のとおりである。
（１） 従来ない技術である全船振動応答解析結果を使用して局部構造の振動応答を解析す る振動応答ズーミング解析手法を開発し、タンカーの機関室内のタンクを対象に検 証を行い計測結果とよい一致を示すことを確認した。
（２） 本手法が一般商船、フェリーなどの上部構造のデッキ大パネル振動応答評価に適用 可能なことを示した。