衝撃緩衝装置の設計方法、衝撃緩衝装置の設計プログラム
【課題】船体から装備機器に伝わる衝撃の緩衝装置を最適に設計する方法、およびそのプログラムを提供する。
【解決手段】船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置を設計する方法であって、船舶の構造モデルを作成する船舶モデル作成ステップと、船舶モデル作成ステップで得た構造モデル上の所定位置について時刻歴応答解析を実行し、当該位置における衝撃スペクトルを作成する衝撃スペクトル作成ステップと、装備機器の構造モデルを作成する装備機器モデル作成ステップと、衝撃スペクトル作成ステップで得た衝撃スペクトルを、装備機器モデル作成ステップで得た構造モデルについて適用し、当該装備機器について衝撃スペクトル解析を行う衝撃スペクトル解析ステップと、を有し、衝撃スペクトル解析ステップの結果に基づき衝撃緩衝装置の耐衝撃性を設計する。
【解決手段】船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置を設計する方法であって、船舶の構造モデルを作成する船舶モデル作成ステップと、船舶モデル作成ステップで得た構造モデル上の所定位置について時刻歴応答解析を実行し、当該位置における衝撃スペクトルを作成する衝撃スペクトル作成ステップと、装備機器の構造モデルを作成する装備機器モデル作成ステップと、衝撃スペクトル作成ステップで得た衝撃スペクトルを、装備機器モデル作成ステップで得た構造モデルについて適用し、当該装備機器について衝撃スペクトル解析を行う衝撃スペクトル解析ステップと、を有し、衝撃スペクトル解析ステップの結果に基づき衝撃緩衝装置の耐衝撃性を設計する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置を設計する方法、およびそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶に搭載される可動機器等の装備機器は、装備機器から船体構造への振動伝搬防止のために緩衝装置が用いられている。そのため、緩衝装置の仕様は、装備機器自身の重量と、その回転数から求められる振動系と、により決定される。
【０００３】
なお、船体強度の評価に関し、『実用的な規模の計算で、魚雷や機雷などの水中爆発を受ける船体の強度の評価を効率よく行うことができる船体強度の評価方法及び船体強度の評価システムを提供する。』ことを目的とした技術として、『評価対象の船体を模擬する構造モデルＭ１１と流体モデルＭ１２との連成モデルＭ１に対して、水中爆発を模擬する流体モデルを作成し、船体に発生する最大荷重Ｌｍ１，Ｌｍ２を算出すると共に、評価対象の船体の部分構造を模擬する船体局部構造モデルＭ２が水中爆発によって受ける破損部分を検出して、該破損部分を考慮した残存断面構造を模擬する残存構造モデルＭ３に対して、耐え得る最大荷重である耐荷重Ｌｒ１，Ｌｒ２を算出し、前記最大荷重Ｌｍ１，Ｌｍ２と前記耐荷重Ｌｒ１，Ｌｒ２とを比較して、評価対象の船体が水中爆発によって崩壊するか否かを評価する。』というものが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０５８８１号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の衝撃緩衝装置では、装備機器から船舶の座面に伝わる振動を抑制することのみを考慮し、船体の防振を主目的として設計されている。一方、装備機器の衝撃緩衝を目的としたものは、振動を静的なものに置き換えて緩衝仕様を設計しており、瞬間的に高いピークの衝撃が加わる振動や、広い周波数領域に渡る振動については、考慮されていない。
【０００６】
一方、近年では、船舶が外部から衝撃を受けても装備機器などの機器が損傷しないことが強く求められている。特に水中爆発などによる衝撃は瞬間的に巨大な力が船体にかかるため、機器を保護する観点から、緩衝装置やショックマウント等の装備が重要となってきている。
しかしながら、振動を静的なものに置き換えて設計された緩衝装置では、常に一定の重荷重が装備機器にかかるものとして設計が行われることにより、緩衝仕様が過剰になってしまう場合がある。
【０００７】
この点、上記特許文献１に記載の技術は、船体強度の評価を行うことを目的としているため、装備機器の緩衝に関しては同様の課題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、船体から装備機器に伝わる衝撃の緩衝装置を最適に設計する方法、およびそのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る衝撃緩衝装置の設計方法は、船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置を設計する方法であって、船舶の構造モデルを作成する船舶モデル作成ステップと、前記船舶モデル作成ステップで得た構造モデル上の所定位置について時刻歴応答解析を実行し、当該位置における衝撃スペクトルを作成する衝撃スペクトル作成ステップと、前記装備機器の構造モデルを作成する装備機器モデル作成ステップと、前記衝撃スペクトル作成ステップで得た衝撃スペクトルを、前記装備機器モデル作成ステップで得た構造モデルについて適用し、当該装備機器について衝撃スペクトル解析を行う衝撃スペクトル解析ステップと、を有し、前記衝撃スペクトル解析ステップの結果に基づき衝撃緩衝装置の耐衝撃性を設計することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る衝撃緩衝装置の設計方法によれば、作成した船舶モデルと衝撃スペクトルに基づき衝撃スペクトル解析を行うことにより、船体から伝わる衝撃から装備機器を保護するという観点で、最適な衝撃緩衝装置を設計することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る衝撃緩衝装置設計システムの機能ブロック図を示すものである。
図１の衝撃緩衝装置設計システムの機能ブロックは、入力荷重作成パートと、装備機器の衝撃応答解析パートとの２つに大別される。
各パートは、必要なデータの入出力を行うためのインターフェース、ＣＰＵやマイコン等の演算装置、各ステップの処理を実装したプログラム、及び演算結果等を格納する記憶装置から構成される。詳細は後述する。
【００１２】
次に、各パートで実行される処理の概略フローを、図１に記載したステップに沿って説明する。各ステップの詳細については、後に改めて詳述する。
【００１３】
まず、図１の「入力荷重作成パート」について説明する。このパートでは、船内に発生する衝撃を模擬したデータを得ることを目的とする。
【００１４】
（１）実船試験データ
船体の各床面に加速度計を配置し、実際に海上で爆薬を爆発させるなどして船底から衝撃を作用させ、振動波形を計測する。計測した振動波形データを、あらかじめ取得しておく。
【００１５】
（２）船内における減衰定数を詳細に模擬
次のステップ（３）で用いるための船舶構造モデルを構築する。
モデリングに際し、船体構造物の材質および板厚を船舶構造モデルに忠実に反映するため、周波数別に船体構造物の減衰定数を材質データとして入力する。これにより、船体構造を伝搬していく振動エネルギーの減衰を船舶構造モデルに忠実に反映することを可能とする。
【００１６】
（３）シミュレーション（時刻暦応答解析）
ステップ（２）で作成した船舶構造モデルに基づき、時刻暦応答解析を実行し、船舶構造に作用する振動データを模擬生成する。解析により得られた結果と、ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データとを比較し、ステップ（２）で作成した船舶構造モデルがその船舶をうまく模擬できているか否かを評価する。
【００１７】
（４）設計用衝撃スペクトルを作成
ステップ（３）のシミュレーションにより得られた振動データを用いて、衝撃緩衝装置の設計に用いるための衝撃スペクトルを作成する。衝撃スペクトルの使用法は後述する。
なお、衝撃スペクトルは、船内の高さ方向の３箇所、前後方向の３箇所の合計９箇所に対応した９パターンを作成する。
【００１８】
以上のステップ（１）〜（４）により、衝撃緩衝装置の設計に用いるための衝撃スペクトルを得ることができる。次に、この衝撃スペクトルを用いて衝撃緩衝装置を設計するステップを説明する。
ここでいう衝撃緩衝装置の設計とは、主に装備機器の衝撃応答解析を行うことである。
船体から装備機器に伝わる衝撃について衝撃スペクトル解析を実行することにより、船体からの衝撃により装備機器が受ける疲労が分かるため、緩衝装置が備えるべき性能仕様が明確になる。
緩衝装置の性能仕様が明確になれば、それに合わせて適切な緩衝装置を設計することは容易である。
【００１９】
（５）衝撃スペクトル解析
ステップ（４）で作成した各箇所の衝撃スペクトルをあらかじめ得ておく。
後述のステップ（６）で得る装備機器の構造モデルと、ステップ（７）で仮設定する緩衝装置の性能パラメータとを用いて、各箇所毎に衝撃スペクトル解析を実行する。
衝撃スペクトル解析の実行により、船内の各箇所において船体が装備機器に与える衝撃の度合い、特に装備機器の疲労に与える影響が分かる。
【００２０】
（６）有限要素モデルによる装備機器のモデル化
船内の装備機器の構造を、有限要素モデルなどの手法によりモデル化する。船内の装備機器には、例えば機械台構造、儀装品、防振構造、などがある。モデル化の手法は有限要素法に限られるものではない。
【００２１】
（７）緩衝装置の能力を入力
衝撃緩衝装置の性能パラメータを仮設定し、図１の衝撃緩衝装置設計システムに入力する。ここでいう性能パラメータとは、例えば緩衝装置のバネ定数や減衰定数である。
【００２２】
（８）出力
ステップ（５）の衝撃スペクトル解析の結果、船内の各箇所における衝撃応答解析データ（最大応答加速度、最大応答応力、最大応答変位、など）の値が得られる。
（９）衝撃の方向毎の結果を合成
ステップ（８）で得た衝撃応答解析データを方向毎に合成する。
【００２３】
（１０）評価
ステップ（９）で合成した衝撃応答解析データに基づき、ステップ（７）で仮設定した衝撃緩衝装置の性能パラメータにより、緩衝性能が基準を満たすことができているか否かを評価する。
基準を満たしている場合はステップ（１１）へ進み、満たしていない場合はステップ（７）へ戻って再度新たな性能パラメータを設定し、衝撃スペクトル解析を再実行する。
【００２４】
（１１）決定
ステップ（１０）の結果により定まった緩衝装置の性能パラメータに基づき、緩衝装置の性能仕様を決定する。以後は、決定した性能仕様に基づき、緩衝装置の耐衝撃仕様を適切に設計する。
【００２５】
以上のステップ（５）〜（１１）により、船舶に搭載する装備機器を船体から受ける衝撃から保護するための衝撃緩衝装置を設計することができる。
【００２６】
次に、船舶分野における緩衝の特性と、各ステップの詳細について説明する。
まずは、本発明の特徴の理解を容易にするため、船舶分野における衝撃緩衝の特性について、建築分野における耐震と対比しながら説明する。
【００２７】
建築の分野では、地震波に対して衝撃力を緩和させる免振・耐震設計がしばしば行われる。地震による下方からの衝撃力を建築物に伝えにくくするためのものである。
この分野では、緩衝設計をするに際し、例えば過去の大規模地震の際に地盤で計測された地震波形をスペクトルに変換して衝撃スペクトル解析を実行する、といった手法が用いられる。これは、建築物に対して一定の衝撃力が加わるものと仮定した設計手法であるということができる。
【００２８】
一方、船舶分野では、海面における爆発等により船体に加えられた衝撃は、船体の構造を伝搬していく過程で変化するので、船体を伝搬する衝撃を忠実に模擬して衝撃解析を実施するためには、船舶の構造モデルをあらかじめ構築しておくことが必要である。
このように、建築分野における耐震設計と異なり衝撃力が可変であることに起因して、船舶分野における緩衝設計には困難性が伴う。
【００２９】
図２は、船舶分野における従来の緩衝装置の機能を説明するものである。
上述のような事情から、船舶に搭載する装備機器の緩衝装置は、装備機器が船体に与える衝撃のみを考慮して設計ないし選定されていた。
そのため、図２（ａ）のように装備機器から船体へ与える衝撃に関しては、座面に伝達する振動の減衰を考慮して緩衝装置が設計ないし選定されているものの、図２（ｂ）のように船体から装備機器へ与える衝撃に関しては、緩衝装置の設計ないし選定の際に考慮されていない。
したがって装備機器に対する適切な緩衝がなされないことになるので、装備機器が損傷する可能性があった。
【００３０】
また、船舶から装備機器に与える衝撃を考慮して緩衝設計を行う場合であっても、その衝撃は静的なものに置き換えられて設計されており、したがって、常に一定の重荷重が装備機器にかかるものとして設計が行われることにより、緩衝仕様が過剰になってしまう場合があった。
【００３１】
本発明では、船舶に搭載する装備機器の緩衝に関する上述のような課題を解決し、船舶分野の特性に合った緩衝装置の設計方法を提案するものである。
【００３２】
次に、図１の各ステップについて、詳細を説明する。
【００３３】
（２）船内における減衰定数を詳細に模擬
図１のステップ（２）において、船舶の構造モデルを作成するが、その際には船舶の船体構造図を参照する。
船体構造図には、各部に採用する板の素材や厚さ、骨組類の形状及び配置間隔、開口の配置と寸法などが記載されており、船舶の構造モデル作成には、このような図を用いる。
また、舵のように装備機器でありながら船体との相互影響の考慮が重要な機材もあり、その場合は装備機器の構造図も船舶の構造モデル作成に用いる。
【００３４】
なお、船舶の構造モデルの作成に際しては、船舶構造を完全に模擬したモデルを作成してこれをシミュレーションに用いることが精度の観点から望ましいが、実際には計算時間等の観点からそのような完全なモデルを作成・使用することは非現実的であるため、必要に応じて適宜簡略化したモデルを作成する。
計算精度とモデルの簡略化のバランスは、例えば以下のような観点から設計する。
【００３５】
（２．ａ）一箇所に巨大な力が加わる場合、それによる変形が大きい部分はより細かく計算（構造モデルのメッシュを小さく切る）する事で現実に近付ける。
（２．ｂ）変形が小さい部分は誤差があっても大した影響がないので、大雑把な計算を行う（構造モデルのメッシュを大きく切る）。
【００３６】
具体的に船体構造のどの部分についてどの程度のメッシュ粒度を設定すれば構造モデルが適切に構築できるかは、ステップ（１）で取得した実船試験データとの比較により判定することができる。
即ち、次のステップ（３）で実行したシミュレーション結果が実船試験データに近ければ、その構造モデルは適切であり、したがってメッシュの切り方も適切であったことが分かる。
従来は、このような定量的な設計を行う手法が確立されていなかったため、事実上シミュレーションを実行することができなかったが、本発明では上述のような手法によりシミュレーションを実行する設計手法を確立している。
【００３７】
（３）シミュレーション（時刻暦応答解析）
ステップ（２）で作成した船舶構造モデルに基づき時刻暦応答解析を行うに際し、精度の観点からは、現実世界の全ての要素をシミュレーションに反映することが望ましいが、船体構造モデルの場合と同様に、計算時間等の観点から非現実的である。
そこで、シミュレーションに反映する項目とそれ以外の項目を峻別することを考える。
【００３８】
気温や水温などは一見してシミュレーションに反映するべき項目ではない（シミュレーションに含める必要がない）ことが分かるが、一方で、反映すべきか否か、その判断が難しい項目がある。
例えば、実際の衝撃波には数ヘルツから数万ヘルツ以上まで様々な周波数要素が含まれているが、装備機器の変形や損傷に影響するのはその中でも絶対値が大きく、かつある程度の持続性があるものに限らる。
そこで、周波数や強度で一定の閾値を定め、その範囲外の衝撃波は考慮しない（無いものとする）ことで、シミュレーションの簡略化と精度の維持の両立が可能となる。
【００３９】
具体的にどのような周波数や強度にて閾値を設定すればシミュレーションの簡略化と精度の維持の両立が可能となるかは、ステップ（１）で取得した実船試験データとの比較により判定することができる。
【００４０】
（４）設計用衝撃スペクトルを作成
図３は、設計用衝撃スペクトルを作成する船舶上の区画を図示するものである。
図１において、設計用衝撃スペクトルは、船舶の前後方向（前方区画、中央区画、後方区画）の３箇所と、高さ方向（水線より上、水線、水線より下）の３箇所において作成する。この理由は以下による。
【００４１】
（４．ａ）水線を基準として衝撃スペクトルを複数区画で作成するのは、水線の上下で衝撃スペクトルの形状が大きく異なるためである。特に、周波数特性が水線の上下では大きく異なる。
（４．ｂ）船舶の前後方向の複数区画で衝撃スペクトルを作成するのは、前後方向の位置によって衝撃スペクトルのパワー値が変化するためである。
【００４２】
このように、衝撃スペクトルを複数の区画で作成するのは、衝撃の伝搬過程で衝撃波が変化することも関係している。
即ち、装備機器を配置する位置によって、船体から受ける衝撃は異なるので、衝撃スペクトルは、装備機器が受ける衝撃に合った衝撃スペクトルが得られる位置で作成することが望ましいのである。
【００４３】
図４は、船底部と上甲板部の衝撃スペクトル波形の例を示すものである。図４（ａ）は船底部、図４（ｂ）は上甲板部の衝撃スペクトル波形の例である。
図４に示したスペクトル波形例では、船底部の波形傾きが周波数１ＫＨｚ以上の領域まで継続しているのに対し、上甲板部の波形傾きは３０Ｈｚ程度の領域で平坦化している。
【００４４】
一般に、水から受ける衝撃は、水に直接接している船底部が最も大きく、上方向に行くにしたがって、船体構造の伝搬過程で減衰していく。そのため、上下方向に関しては、水線より上の区画と、水線より下の区画とで、衝撃スペクトルの波形に大きな違いが生じるのである。
【００４５】
したがって、ステップ（４）において衝撃スペクトルを作成する際には、大きく区分すると、水線より上の区画と水線より下の区画に分けることが効果的である。さらには、甲板上に載せられるように配置された構造物がある場合には、水線より上の区画を細分してもよい。
【００４６】
一方、船舶の前後方向の前後方向の複数区画で衝撃スペクトルを作成するのは、前後方向の位置によって船舶の断面形状が異なることが主な理由である。
例えば、船首部分は船体を細くし、中央部分は船体を太く、船尾部分はやや太く、といったように、船体の断面形状は船舶の前後方向で異なる。これに起因して、用いられる部材や板厚などが、船舶の前後方向で異なるため、振動の減衰定数も前後方向で異なってくる。
したがって、船舶の前後方向の構造の違いに合わせて複数の区画に区分し、区画ごとに衝撃スペクトルを作成することで、船体構造に合わせた適切な衝撃解析が可能となるのである。
【００４７】
このような、衝撃の伝搬に伴う変化に起因したシミュレーション上の工夫は、船舶分野の特性から必要となるものであり、本発明においては、上述のような複数区画における衝撃スペクトル作成によって、適切なシミュレーションの実行を可能とした。
【００４８】
なお、図１及び図３の例では、高さ方向の３箇所の例として「上甲板」「中甲板」「下甲板」を記載し、前後方向の３箇所の例として「前部」「中央部」「後部」を記載したが、これらに限られるものではなく、また区分の数も３つに限られるものではない。船舶の構造や規模、求められる精度、装備機器の配置予定位置等に応じて、適宜適切な区分を設定する。
【００４９】
以上のように、本実施の形態１に係る衝撃緩衝装置設計システムでは、衝撃の伝搬過程を模擬することのできる船体構造モデルをあらかじめ作成しておき、この構造モデルに基づき船体の複数の区画において衝撃スペクトルを作成し、緩衝装置の仕様設計に際しその衝撃スペクトルと装備機器の構造モデルを用いて衝撃スペクトル解析を実行する。
したがって、従来の船舶の装備機器における衝撃緩衝装置では考慮していなかった、船体から装備機器に与える衝撃について、これを適切に緩衝する装置の仕様を設計することができる。
【００５０】
また、振動を静的なものに置き換えて緩衝仕様を設計したものと比較すると、船舶の構造モデルを適切に設定して衝撃スペクトルを作成しているので、装備機器の設置位置に応じて装備機器が実際に受ける衝撃に合わせた緩衝仕様の設計が可能である。
したがって、装備機器が受ける衝撃が大きい箇所と小さい箇所で同じような緩衝装置を用いる必要がなくなり、緩衝仕様を過剰に設計してしまうことがなくなるので、緩衝装置の設計・製造コストや配置スペース等の観点から有利である。
【００５１】
また、船舶構造モデルを上下方向に３区画、前後方向に３区画の合計９区画に区分し、各区分毎に衝撃スペクトルを作成して衝撃スペクトル解析を実行しているので、衝撃の伝搬過程における変化に起因した、船体の各箇所における衝撃特性の違いを解析に反映し、適切な緩衝装置の設計が可能となる。
【００５２】
実施の形態２．
実施の形態１では、図１のステップ（２）で作成した船体構造モデルが実船を忠実に模擬できているか否かを、ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果との比較により判定することを説明した。
本発明の実施の形態２では、この判定手法について補足する。
【００５３】
船舶構造モデルがその船舶をうまく模擬できているか否かの評価は、以下のような手法により行うことができる。
【００５４】
（ａ）ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果による振動波形データとを、同一スケールでグラフ化して、両者の傾向が一致しているか否か等により、構造モデルの適切度を評価する。
【００５５】
（ｂ）ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果による振動波形データとを、図１の衝撃緩衝装置設計システムに取り込む。取り込んだデータをディスプレイ上でグラフ化して重ね合わせ、両者の傾向が一致しているか否か等により、構造モデルの適切度を評価する。
【００５６】
（ｃ）ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果による振動波形データとを、図１の衝撃緩衝装置設計システムに取り込む。取り込んだデータを所定の演算式（平均２乗誤差など）で比較し、両者の一致度合いを数値化して評価する。
【００５７】
評価の結果、船舶構造モデルがその船舶をうまく模擬できていないと判定した場合は、船体構造図等より再度構造モデルを作成し、同様に評価を実行する。このようなプロセスを繰り返し実行することにより、船舶構造モデルの精度が高まるため、より正確な緩衝装置の設計に資する。
【００５８】
以上のように、本実施の形態２によれば、ステップ（２）で作成した船体構造モデルがその船舶をうまく模擬できているか否かを、ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果による振動波形データとを用いて評価するので、船舶構造モデルの精度が増し、シミュレーションにより高い信頼性をもって船体各部の衝撃を予測することができる。
【００５９】
実施の形態３．
実施の形態１〜２では、実船試験データを測定した船舶、もしくはこれと同種の船舶について衝撃緩衝装置を設計する手法を説明した。
本発明の実施の形態３では、実船試験データを測定した船舶以外の船舶について、同様の手順により衝撃緩衝装置を設計する手法を説明する。
【００６０】
実施の形態１の図１で説明した「入力荷重作成パート」では、ステップ（１）で実船試験データを取得した船舶について、その実船試験データとステップ（３）のシミュレーション結果を比較しながら船舶構造モデルを作成しているため、これに基づきステップ（４）で作成した衝撃スペクトルも、その船舶の構造に即したものとなっている。
したがって、これをそのまま他の船舶について適用することはできない。
【００６１】
そこで、本実施の形態３では、実船試験データを測定した船舶と、これから緩衝装置を設計しようとしている船舶との間の構造的相違を基に、後者の船舶における衝撃スペクトルを推測することとする。
【００６２】
具体的には、これから緩衝装置を設計しようとしている船舶の船体寸法や海面からの高さ、甲板の数などを船体構造図から得るとともに、装備機器の重量などのパラメータを得ておき、これらのパラメータを元に推測を行う。
ただし、前提条件として、これらのパラメータの相違により衝撃スペクトルがどのように変化するかを、実船試験データの蓄積により把握しておく必要がある。
【００６３】
図５は、船長と減衰定数との相関関係を示すグラフである。
船長が大きくなると船舶自体のサイズも大きくなるため、用いられる部材や板厚などもサイズ大のものや耐久度の高いものが用いられる傾向にあると考えることができる。この場合は、減衰定数も大きくなる傾向にあるといえる。
【００６４】
このような、船体構造と、その構造に起因して衝撃スペクトルに変化をもたらす要因との相関関係をデータベース化しておくことにより、図１のステップ（４）において、他の船舶の振動試験データから、当該船舶における衝撃スペクトルを、精度よく推測することができる。
【００６５】
上述のようなデータベースは、多くの船種について蓄積しておくことが望ましく、蓄積量を増やすことにより、推測の精度を向上させることもできる。
本実施の形態３における「データベース」は、図５のような対応関係を蓄積したデータベースがこれに相当する。
【００６６】
なお、図５では船長と減衰定数との相関関係をごく簡単なグラフ例により示したが、このような推測に用いるデータベースに蓄積しておくデータの種類はこれに限られるものではなく、最終的に当該船舶の衝撃スペクトルを得ることのできる構造データであれば、任意のものを用いることができる。
例えば、船長と衝撃衝撃スペクトルそのものとの相関関係を蓄積して用いてもよい。
【００６７】
衝撃スペクトルを推定した後は、図１の「装備機器の衝撃応答解析パート」と同様の処理により、緩衝装置を設計することができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態３によれば、実船試験データを測定した船舶以外の船舶について、体寸法や海面からの高さ、甲板の数などのパラメータの相違に基づきその船舶における衝撃スペクトルを推定し、推定した衝撃スペクトルを用いて、緩衝装置を設計することができる。
【００６９】
即ち、実船試験を行っていない船舶に関しても、その船体構造図などを用いてシミュレーションを行うことができるので、船舶毎に実船試験を行う必要がなくなり、コストや設計時間等の観点から有利である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態１に係る衝撃緩衝装置設計システムの機能ブロック図を示すものである。
【図２】船舶分野における従来の緩衝装置の機能を説明するものである。
【図３】設計用衝撃スペクトルを作成する船舶上の区画を図示するものである。
【図４】船底部と上甲板部の衝撃スペクトル波形の例を示すものである。
【図５】船長と減衰定数との相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 船舶。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置を設計する方法、およびそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶に搭載される可動機器等の装備機器は、装備機器から船体構造への振動伝搬防止のために緩衝装置が用いられている。そのため、緩衝装置の仕様は、装備機器自身の重量と、その回転数から求められる振動系と、により決定される。
【０００３】
なお、船体強度の評価に関し、『実用的な規模の計算で、魚雷や機雷などの水中爆発を受ける船体の強度の評価を効率よく行うことができる船体強度の評価方法及び船体強度の評価システムを提供する。』ことを目的とした技術として、『評価対象の船体を模擬する構造モデルＭ１１と流体モデルＭ１２との連成モデルＭ１に対して、水中爆発を模擬する流体モデルを作成し、船体に発生する最大荷重Ｌｍ１，Ｌｍ２を算出すると共に、評価対象の船体の部分構造を模擬する船体局部構造モデルＭ２が水中爆発によって受ける破損部分を検出して、該破損部分を考慮した残存断面構造を模擬する残存構造モデルＭ３に対して、耐え得る最大荷重である耐荷重Ｌｒ１，Ｌｒ２を算出し、前記最大荷重Ｌｍ１，Ｌｍ２と前記耐荷重Ｌｒ１，Ｌｒ２とを比較して、評価対象の船体が水中爆発によって崩壊するか否かを評価する。』というものが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０５８８１号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の衝撃緩衝装置では、装備機器から船舶の座面に伝わる振動を抑制することのみを考慮し、船体の防振を主目的として設計されている。一方、装備機器の衝撃緩衝を目的としたものは、振動を静的なものに置き換えて緩衝仕様を設計しており、瞬間的に高いピークの衝撃が加わる振動や、広い周波数領域に渡る振動については、考慮されていない。
【０００６】
一方、近年では、船舶が外部から衝撃を受けても装備機器などの機器が損傷しないことが強く求められている。特に水中爆発などによる衝撃は瞬間的に巨大な力が船体にかかるため、機器を保護する観点から、緩衝装置やショックマウント等の装備が重要となってきている。
しかしながら、振動を静的なものに置き換えて設計された緩衝装置では、常に一定の重荷重が装備機器にかかるものとして設計が行われることにより、緩衝仕様が過剰になってしまう場合がある。
【０００７】
この点、上記特許文献１に記載の技術は、船体強度の評価を行うことを目的としているため、装備機器の緩衝に関しては同様の課題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、船体から装備機器に伝わる衝撃の緩衝装置を最適に設計する方法、およびそのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る衝撃緩衝装置の設計方法は、船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置を設計する方法であって、船舶の構造モデルを作成する船舶モデル作成ステップと、前記船舶モデル作成ステップで得た構造モデル上の所定位置について時刻歴応答解析を実行し、当該位置における衝撃スペクトルを作成する衝撃スペクトル作成ステップと、前記装備機器の構造モデルを作成する装備機器モデル作成ステップと、前記衝撃スペクトル作成ステップで得た衝撃スペクトルを、前記装備機器モデル作成ステップで得た構造モデルについて適用し、当該装備機器について衝撃スペクトル解析を行う衝撃スペクトル解析ステップと、を有し、前記衝撃スペクトル解析ステップの結果に基づき衝撃緩衝装置の耐衝撃性を設計することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る衝撃緩衝装置の設計方法によれば、作成した船舶モデルと衝撃スペクトルに基づき衝撃スペクトル解析を行うことにより、船体から伝わる衝撃から装備機器を保護するという観点で、最適な衝撃緩衝装置を設計することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る衝撃緩衝装置設計システムの機能ブロック図を示すものである。
図１の衝撃緩衝装置設計システムの機能ブロックは、入力荷重作成パートと、装備機器の衝撃応答解析パートとの２つに大別される。
各パートは、必要なデータの入出力を行うためのインターフェース、ＣＰＵやマイコン等の演算装置、各ステップの処理を実装したプログラム、及び演算結果等を格納する記憶装置から構成される。詳細は後述する。
【００１２】
次に、各パートで実行される処理の概略フローを、図１に記載したステップに沿って説明する。各ステップの詳細については、後に改めて詳述する。
【００１３】
まず、図１の「入力荷重作成パート」について説明する。このパートでは、船内に発生する衝撃を模擬したデータを得ることを目的とする。
【００１４】
（１）実船試験データ
船体の各床面に加速度計を配置し、実際に海上で爆薬を爆発させるなどして船底から衝撃を作用させ、振動波形を計測する。計測した振動波形データを、あらかじめ取得しておく。
【００１５】
（２）船内における減衰定数を詳細に模擬
次のステップ（３）で用いるための船舶構造モデルを構築する。
モデリングに際し、船体構造物の材質および板厚を船舶構造モデルに忠実に反映するため、周波数別に船体構造物の減衰定数を材質データとして入力する。これにより、船体構造を伝搬していく振動エネルギーの減衰を船舶構造モデルに忠実に反映することを可能とする。
【００１６】
（３）シミュレーション（時刻暦応答解析）
ステップ（２）で作成した船舶構造モデルに基づき、時刻暦応答解析を実行し、船舶構造に作用する振動データを模擬生成する。解析により得られた結果と、ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データとを比較し、ステップ（２）で作成した船舶構造モデルがその船舶をうまく模擬できているか否かを評価する。
【００１７】
（４）設計用衝撃スペクトルを作成
ステップ（３）のシミュレーションにより得られた振動データを用いて、衝撃緩衝装置の設計に用いるための衝撃スペクトルを作成する。衝撃スペクトルの使用法は後述する。
なお、衝撃スペクトルは、船内の高さ方向の３箇所、前後方向の３箇所の合計９箇所に対応した９パターンを作成する。
【００１８】
以上のステップ（１）〜（４）により、衝撃緩衝装置の設計に用いるための衝撃スペクトルを得ることができる。次に、この衝撃スペクトルを用いて衝撃緩衝装置を設計するステップを説明する。
ここでいう衝撃緩衝装置の設計とは、主に装備機器の衝撃応答解析を行うことである。
船体から装備機器に伝わる衝撃について衝撃スペクトル解析を実行することにより、船体からの衝撃により装備機器が受ける疲労が分かるため、緩衝装置が備えるべき性能仕様が明確になる。
緩衝装置の性能仕様が明確になれば、それに合わせて適切な緩衝装置を設計することは容易である。
【００１９】
（５）衝撃スペクトル解析
ステップ（４）で作成した各箇所の衝撃スペクトルをあらかじめ得ておく。
後述のステップ（６）で得る装備機器の構造モデルと、ステップ（７）で仮設定する緩衝装置の性能パラメータとを用いて、各箇所毎に衝撃スペクトル解析を実行する。
衝撃スペクトル解析の実行により、船内の各箇所において船体が装備機器に与える衝撃の度合い、特に装備機器の疲労に与える影響が分かる。
【００２０】
（６）有限要素モデルによる装備機器のモデル化
船内の装備機器の構造を、有限要素モデルなどの手法によりモデル化する。船内の装備機器には、例えば機械台構造、儀装品、防振構造、などがある。モデル化の手法は有限要素法に限られるものではない。
【００２１】
（７）緩衝装置の能力を入力
衝撃緩衝装置の性能パラメータを仮設定し、図１の衝撃緩衝装置設計システムに入力する。ここでいう性能パラメータとは、例えば緩衝装置のバネ定数や減衰定数である。
【００２２】
（８）出力
ステップ（５）の衝撃スペクトル解析の結果、船内の各箇所における衝撃応答解析データ（最大応答加速度、最大応答応力、最大応答変位、など）の値が得られる。
（９）衝撃の方向毎の結果を合成
ステップ（８）で得た衝撃応答解析データを方向毎に合成する。
【００２３】
（１０）評価
ステップ（９）で合成した衝撃応答解析データに基づき、ステップ（７）で仮設定した衝撃緩衝装置の性能パラメータにより、緩衝性能が基準を満たすことができているか否かを評価する。
基準を満たしている場合はステップ（１１）へ進み、満たしていない場合はステップ（７）へ戻って再度新たな性能パラメータを設定し、衝撃スペクトル解析を再実行する。
【００２４】
（１１）決定
ステップ（１０）の結果により定まった緩衝装置の性能パラメータに基づき、緩衝装置の性能仕様を決定する。以後は、決定した性能仕様に基づき、緩衝装置の耐衝撃仕様を適切に設計する。
【００２５】
以上のステップ（５）〜（１１）により、船舶に搭載する装備機器を船体から受ける衝撃から保護するための衝撃緩衝装置を設計することができる。
【００２６】
次に、船舶分野における緩衝の特性と、各ステップの詳細について説明する。
まずは、本発明の特徴の理解を容易にするため、船舶分野における衝撃緩衝の特性について、建築分野における耐震と対比しながら説明する。
【００２７】
建築の分野では、地震波に対して衝撃力を緩和させる免振・耐震設計がしばしば行われる。地震による下方からの衝撃力を建築物に伝えにくくするためのものである。
この分野では、緩衝設計をするに際し、例えば過去の大規模地震の際に地盤で計測された地震波形をスペクトルに変換して衝撃スペクトル解析を実行する、といった手法が用いられる。これは、建築物に対して一定の衝撃力が加わるものと仮定した設計手法であるということができる。
【００２８】
一方、船舶分野では、海面における爆発等により船体に加えられた衝撃は、船体の構造を伝搬していく過程で変化するので、船体を伝搬する衝撃を忠実に模擬して衝撃解析を実施するためには、船舶の構造モデルをあらかじめ構築しておくことが必要である。
このように、建築分野における耐震設計と異なり衝撃力が可変であることに起因して、船舶分野における緩衝設計には困難性が伴う。
【００２９】
図２は、船舶分野における従来の緩衝装置の機能を説明するものである。
上述のような事情から、船舶に搭載する装備機器の緩衝装置は、装備機器が船体に与える衝撃のみを考慮して設計ないし選定されていた。
そのため、図２（ａ）のように装備機器から船体へ与える衝撃に関しては、座面に伝達する振動の減衰を考慮して緩衝装置が設計ないし選定されているものの、図２（ｂ）のように船体から装備機器へ与える衝撃に関しては、緩衝装置の設計ないし選定の際に考慮されていない。
したがって装備機器に対する適切な緩衝がなされないことになるので、装備機器が損傷する可能性があった。
【００３０】
また、船舶から装備機器に与える衝撃を考慮して緩衝設計を行う場合であっても、その衝撃は静的なものに置き換えられて設計されており、したがって、常に一定の重荷重が装備機器にかかるものとして設計が行われることにより、緩衝仕様が過剰になってしまう場合があった。
【００３１】
本発明では、船舶に搭載する装備機器の緩衝に関する上述のような課題を解決し、船舶分野の特性に合った緩衝装置の設計方法を提案するものである。
【００３２】
次に、図１の各ステップについて、詳細を説明する。
【００３３】
（２）船内における減衰定数を詳細に模擬
図１のステップ（２）において、船舶の構造モデルを作成するが、その際には船舶の船体構造図を参照する。
船体構造図には、各部に採用する板の素材や厚さ、骨組類の形状及び配置間隔、開口の配置と寸法などが記載されており、船舶の構造モデル作成には、このような図を用いる。
また、舵のように装備機器でありながら船体との相互影響の考慮が重要な機材もあり、その場合は装備機器の構造図も船舶の構造モデル作成に用いる。
【００３４】
なお、船舶の構造モデルの作成に際しては、船舶構造を完全に模擬したモデルを作成してこれをシミュレーションに用いることが精度の観点から望ましいが、実際には計算時間等の観点からそのような完全なモデルを作成・使用することは非現実的であるため、必要に応じて適宜簡略化したモデルを作成する。
計算精度とモデルの簡略化のバランスは、例えば以下のような観点から設計する。
【００３５】
（２．ａ）一箇所に巨大な力が加わる場合、それによる変形が大きい部分はより細かく計算（構造モデルのメッシュを小さく切る）する事で現実に近付ける。
（２．ｂ）変形が小さい部分は誤差があっても大した影響がないので、大雑把な計算を行う（構造モデルのメッシュを大きく切る）。
【００３６】
具体的に船体構造のどの部分についてどの程度のメッシュ粒度を設定すれば構造モデルが適切に構築できるかは、ステップ（１）で取得した実船試験データとの比較により判定することができる。
即ち、次のステップ（３）で実行したシミュレーション結果が実船試験データに近ければ、その構造モデルは適切であり、したがってメッシュの切り方も適切であったことが分かる。
従来は、このような定量的な設計を行う手法が確立されていなかったため、事実上シミュレーションを実行することができなかったが、本発明では上述のような手法によりシミュレーションを実行する設計手法を確立している。
【００３７】
（３）シミュレーション（時刻暦応答解析）
ステップ（２）で作成した船舶構造モデルに基づき時刻暦応答解析を行うに際し、精度の観点からは、現実世界の全ての要素をシミュレーションに反映することが望ましいが、船体構造モデルの場合と同様に、計算時間等の観点から非現実的である。
そこで、シミュレーションに反映する項目とそれ以外の項目を峻別することを考える。
【００３８】
気温や水温などは一見してシミュレーションに反映するべき項目ではない（シミュレーションに含める必要がない）ことが分かるが、一方で、反映すべきか否か、その判断が難しい項目がある。
例えば、実際の衝撃波には数ヘルツから数万ヘルツ以上まで様々な周波数要素が含まれているが、装備機器の変形や損傷に影響するのはその中でも絶対値が大きく、かつある程度の持続性があるものに限らる。
そこで、周波数や強度で一定の閾値を定め、その範囲外の衝撃波は考慮しない（無いものとする）ことで、シミュレーションの簡略化と精度の維持の両立が可能となる。
【００３９】
具体的にどのような周波数や強度にて閾値を設定すればシミュレーションの簡略化と精度の維持の両立が可能となるかは、ステップ（１）で取得した実船試験データとの比較により判定することができる。
【００４０】
（４）設計用衝撃スペクトルを作成
図３は、設計用衝撃スペクトルを作成する船舶上の区画を図示するものである。
図１において、設計用衝撃スペクトルは、船舶の前後方向（前方区画、中央区画、後方区画）の３箇所と、高さ方向（水線より上、水線、水線より下）の３箇所において作成する。この理由は以下による。
【００４１】
（４．ａ）水線を基準として衝撃スペクトルを複数区画で作成するのは、水線の上下で衝撃スペクトルの形状が大きく異なるためである。特に、周波数特性が水線の上下では大きく異なる。
（４．ｂ）船舶の前後方向の複数区画で衝撃スペクトルを作成するのは、前後方向の位置によって衝撃スペクトルのパワー値が変化するためである。
【００４２】
このように、衝撃スペクトルを複数の区画で作成するのは、衝撃の伝搬過程で衝撃波が変化することも関係している。
即ち、装備機器を配置する位置によって、船体から受ける衝撃は異なるので、衝撃スペクトルは、装備機器が受ける衝撃に合った衝撃スペクトルが得られる位置で作成することが望ましいのである。
【００４３】
図４は、船底部と上甲板部の衝撃スペクトル波形の例を示すものである。図４（ａ）は船底部、図４（ｂ）は上甲板部の衝撃スペクトル波形の例である。
図４に示したスペクトル波形例では、船底部の波形傾きが周波数１ＫＨｚ以上の領域まで継続しているのに対し、上甲板部の波形傾きは３０Ｈｚ程度の領域で平坦化している。
【００４４】
一般に、水から受ける衝撃は、水に直接接している船底部が最も大きく、上方向に行くにしたがって、船体構造の伝搬過程で減衰していく。そのため、上下方向に関しては、水線より上の区画と、水線より下の区画とで、衝撃スペクトルの波形に大きな違いが生じるのである。
【００４５】
したがって、ステップ（４）において衝撃スペクトルを作成する際には、大きく区分すると、水線より上の区画と水線より下の区画に分けることが効果的である。さらには、甲板上に載せられるように配置された構造物がある場合には、水線より上の区画を細分してもよい。
【００４６】
一方、船舶の前後方向の前後方向の複数区画で衝撃スペクトルを作成するのは、前後方向の位置によって船舶の断面形状が異なることが主な理由である。
例えば、船首部分は船体を細くし、中央部分は船体を太く、船尾部分はやや太く、といったように、船体の断面形状は船舶の前後方向で異なる。これに起因して、用いられる部材や板厚などが、船舶の前後方向で異なるため、振動の減衰定数も前後方向で異なってくる。
したがって、船舶の前後方向の構造の違いに合わせて複数の区画に区分し、区画ごとに衝撃スペクトルを作成することで、船体構造に合わせた適切な衝撃解析が可能となるのである。
【００４７】
このような、衝撃の伝搬に伴う変化に起因したシミュレーション上の工夫は、船舶分野の特性から必要となるものであり、本発明においては、上述のような複数区画における衝撃スペクトル作成によって、適切なシミュレーションの実行を可能とした。
【００４８】
なお、図１及び図３の例では、高さ方向の３箇所の例として「上甲板」「中甲板」「下甲板」を記載し、前後方向の３箇所の例として「前部」「中央部」「後部」を記載したが、これらに限られるものではなく、また区分の数も３つに限られるものではない。船舶の構造や規模、求められる精度、装備機器の配置予定位置等に応じて、適宜適切な区分を設定する。
【００４９】
以上のように、本実施の形態１に係る衝撃緩衝装置設計システムでは、衝撃の伝搬過程を模擬することのできる船体構造モデルをあらかじめ作成しておき、この構造モデルに基づき船体の複数の区画において衝撃スペクトルを作成し、緩衝装置の仕様設計に際しその衝撃スペクトルと装備機器の構造モデルを用いて衝撃スペクトル解析を実行する。
したがって、従来の船舶の装備機器における衝撃緩衝装置では考慮していなかった、船体から装備機器に与える衝撃について、これを適切に緩衝する装置の仕様を設計することができる。
【００５０】
また、振動を静的なものに置き換えて緩衝仕様を設計したものと比較すると、船舶の構造モデルを適切に設定して衝撃スペクトルを作成しているので、装備機器の設置位置に応じて装備機器が実際に受ける衝撃に合わせた緩衝仕様の設計が可能である。
したがって、装備機器が受ける衝撃が大きい箇所と小さい箇所で同じような緩衝装置を用いる必要がなくなり、緩衝仕様を過剰に設計してしまうことがなくなるので、緩衝装置の設計・製造コストや配置スペース等の観点から有利である。
【００５１】
また、船舶構造モデルを上下方向に３区画、前後方向に３区画の合計９区画に区分し、各区分毎に衝撃スペクトルを作成して衝撃スペクトル解析を実行しているので、衝撃の伝搬過程における変化に起因した、船体の各箇所における衝撃特性の違いを解析に反映し、適切な緩衝装置の設計が可能となる。
【００５２】
実施の形態２．
実施の形態１では、図１のステップ（２）で作成した船体構造モデルが実船を忠実に模擬できているか否かを、ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果との比較により判定することを説明した。
本発明の実施の形態２では、この判定手法について補足する。
【００５３】
船舶構造モデルがその船舶をうまく模擬できているか否かの評価は、以下のような手法により行うことができる。
【００５４】
（ａ）ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果による振動波形データとを、同一スケールでグラフ化して、両者の傾向が一致しているか否か等により、構造モデルの適切度を評価する。
【００５５】
（ｂ）ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果による振動波形データとを、図１の衝撃緩衝装置設計システムに取り込む。取り込んだデータをディスプレイ上でグラフ化して重ね合わせ、両者の傾向が一致しているか否か等により、構造モデルの適切度を評価する。
【００５６】
（ｃ）ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果による振動波形データとを、図１の衝撃緩衝装置設計システムに取り込む。取り込んだデータを所定の演算式（平均２乗誤差など）で比較し、両者の一致度合いを数値化して評価する。
【００５７】
評価の結果、船舶構造モデルがその船舶をうまく模擬できていないと判定した場合は、船体構造図等より再度構造モデルを作成し、同様に評価を実行する。このようなプロセスを繰り返し実行することにより、船舶構造モデルの精度が高まるため、より正確な緩衝装置の設計に資する。
【００５８】
以上のように、本実施の形態２によれば、ステップ（２）で作成した船体構造モデルがその船舶をうまく模擬できているか否かを、ステップ（１）で取得した実計測に基づく振動波形データと、ステップ（３）のシミュレーション結果による振動波形データとを用いて評価するので、船舶構造モデルの精度が増し、シミュレーションにより高い信頼性をもって船体各部の衝撃を予測することができる。
【００５９】
実施の形態３．
実施の形態１〜２では、実船試験データを測定した船舶、もしくはこれと同種の船舶について衝撃緩衝装置を設計する手法を説明した。
本発明の実施の形態３では、実船試験データを測定した船舶以外の船舶について、同様の手順により衝撃緩衝装置を設計する手法を説明する。
【００６０】
実施の形態１の図１で説明した「入力荷重作成パート」では、ステップ（１）で実船試験データを取得した船舶について、その実船試験データとステップ（３）のシミュレーション結果を比較しながら船舶構造モデルを作成しているため、これに基づきステップ（４）で作成した衝撃スペクトルも、その船舶の構造に即したものとなっている。
したがって、これをそのまま他の船舶について適用することはできない。
【００６１】
そこで、本実施の形態３では、実船試験データを測定した船舶と、これから緩衝装置を設計しようとしている船舶との間の構造的相違を基に、後者の船舶における衝撃スペクトルを推測することとする。
【００６２】
具体的には、これから緩衝装置を設計しようとしている船舶の船体寸法や海面からの高さ、甲板の数などを船体構造図から得るとともに、装備機器の重量などのパラメータを得ておき、これらのパラメータを元に推測を行う。
ただし、前提条件として、これらのパラメータの相違により衝撃スペクトルがどのように変化するかを、実船試験データの蓄積により把握しておく必要がある。
【００６３】
図５は、船長と減衰定数との相関関係を示すグラフである。
船長が大きくなると船舶自体のサイズも大きくなるため、用いられる部材や板厚などもサイズ大のものや耐久度の高いものが用いられる傾向にあると考えることができる。この場合は、減衰定数も大きくなる傾向にあるといえる。
【００６４】
このような、船体構造と、その構造に起因して衝撃スペクトルに変化をもたらす要因との相関関係をデータベース化しておくことにより、図１のステップ（４）において、他の船舶の振動試験データから、当該船舶における衝撃スペクトルを、精度よく推測することができる。
【００６５】
上述のようなデータベースは、多くの船種について蓄積しておくことが望ましく、蓄積量を増やすことにより、推測の精度を向上させることもできる。
本実施の形態３における「データベース」は、図５のような対応関係を蓄積したデータベースがこれに相当する。
【００６６】
なお、図５では船長と減衰定数との相関関係をごく簡単なグラフ例により示したが、このような推測に用いるデータベースに蓄積しておくデータの種類はこれに限られるものではなく、最終的に当該船舶の衝撃スペクトルを得ることのできる構造データであれば、任意のものを用いることができる。
例えば、船長と衝撃衝撃スペクトルそのものとの相関関係を蓄積して用いてもよい。
【００６７】
衝撃スペクトルを推定した後は、図１の「装備機器の衝撃応答解析パート」と同様の処理により、緩衝装置を設計することができる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態３によれば、実船試験データを測定した船舶以外の船舶について、体寸法や海面からの高さ、甲板の数などのパラメータの相違に基づきその船舶における衝撃スペクトルを推定し、推定した衝撃スペクトルを用いて、緩衝装置を設計することができる。
【００６９】
即ち、実船試験を行っていない船舶に関しても、その船体構造図などを用いてシミュレーションを行うことができるので、船舶毎に実船試験を行う必要がなくなり、コストや設計時間等の観点から有利である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態１に係る衝撃緩衝装置設計システムの機能ブロック図を示すものである。
【図２】船舶分野における従来の緩衝装置の機能を説明するものである。
【図３】設計用衝撃スペクトルを作成する船舶上の区画を図示するものである。
【図４】船底部と上甲板部の衝撃スペクトル波形の例を示すものである。
【図５】船長と減衰定数との相関関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 船舶。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置を設計する方法であって、
船舶の構造モデルを作成する船舶モデル作成ステップと、
前記船舶モデル作成ステップで得た構造モデル上の所定位置について時刻歴応答解析を実行し、当該位置における衝撃スペクトルを作成する衝撃スペクトル作成ステップと、
前記装備機器の構造モデルを作成する装備機器モデル作成ステップと、
前記衝撃スペクトル作成ステップで得た衝撃スペクトルを、前記装備機器モデル作成ステップで得た構造モデルについて適用し、当該装備機器について衝撃スペクトル解析を行う衝撃スペクトル解析ステップと、
を有し、
前記衝撃スペクトル解析ステップの結果に基づき衝撃緩衝装置の耐衝撃性を設計する
ことを特徴とする衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項２】
前記所定位置における衝撃応答を測定した測定データを取得するステップを有し、
前記船舶モデル作成ステップでは、
当該船舶の構造設計情報に基づき当該船舶の構造モデルを作成し、
前記衝撃スペクトル作成ステップにおける時刻歴応答解析の実行後、
時刻歴応答解析で作成した振動データと、前記測定データとを比較して、前記船舶モデル作成ステップで得た構造モデルが当該船舶を模擬できているか否かを評価し、
その評価結果に基づき前記船舶モデル作成ステップと前記時刻歴応答解析を再度実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項３】
前記衝撃スペクトル作成ステップでは、
当該船舶を少なくとも水線より上の区画と水線より下の区画に複数区分して区分毎に衝撃スペクトルを作成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項４】
前記衝撃スペクトル作成ステップでは、
当該船舶を前後方向に複数区分して区分毎に衝撃スペクトルを作成する
ことを特徴とする請求項３に記載の衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項５】
船舶の種類と、その船舶の所定位置における衝撃スペクトルを作成するために用いる構造データとの関係を蓄積したデータベースを設け、
前記衝撃スペクトル作成ステップで衝撃スペクトルを作成した船舶以外の船舶（以下、第２船舶）の構造モデルを作成し、
その構造モデルと、前記データベースに蓄積された前記構造データとに基づき、前記第２船舶の対応する位置における衝撃スペクトルを推定し、
推定した衝撃スペクトルに基づき、前記第２船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置の耐衝撃性を設計する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の衝撃緩衝装置の設計方法をコンピュータに実行させることを特徴とする衝撃緩衝装置の設計プログラム。
【請求項１】
船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置を設計する方法であって、
船舶の構造モデルを作成する船舶モデル作成ステップと、
前記船舶モデル作成ステップで得た構造モデル上の所定位置について時刻歴応答解析を実行し、当該位置における衝撃スペクトルを作成する衝撃スペクトル作成ステップと、
前記装備機器の構造モデルを作成する装備機器モデル作成ステップと、
前記衝撃スペクトル作成ステップで得た衝撃スペクトルを、前記装備機器モデル作成ステップで得た構造モデルについて適用し、当該装備機器について衝撃スペクトル解析を行う衝撃スペクトル解析ステップと、
を有し、
前記衝撃スペクトル解析ステップの結果に基づき衝撃緩衝装置の耐衝撃性を設計する
ことを特徴とする衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項２】
前記所定位置における衝撃応答を測定した測定データを取得するステップを有し、
前記船舶モデル作成ステップでは、
当該船舶の構造設計情報に基づき当該船舶の構造モデルを作成し、
前記衝撃スペクトル作成ステップにおける時刻歴応答解析の実行後、
時刻歴応答解析で作成した振動データと、前記測定データとを比較して、前記船舶モデル作成ステップで得た構造モデルが当該船舶を模擬できているか否かを評価し、
その評価結果に基づき前記船舶モデル作成ステップと前記時刻歴応答解析を再度実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項３】
前記衝撃スペクトル作成ステップでは、
当該船舶を少なくとも水線より上の区画と水線より下の区画に複数区分して区分毎に衝撃スペクトルを作成する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項４】
前記衝撃スペクトル作成ステップでは、
当該船舶を前後方向に複数区分して区分毎に衝撃スペクトルを作成する
ことを特徴とする請求項３に記載の衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項５】
船舶の種類と、その船舶の所定位置における衝撃スペクトルを作成するために用いる構造データとの関係を蓄積したデータベースを設け、
前記衝撃スペクトル作成ステップで衝撃スペクトルを作成した船舶以外の船舶（以下、第２船舶）の構造モデルを作成し、
その構造モデルと、前記データベースに蓄積された前記構造データとに基づき、前記第２船舶の対応する位置における衝撃スペクトルを推定し、
推定した衝撃スペクトルに基づき、前記第２船舶に搭載する装備機器の衝撃緩衝装置の耐衝撃性を設計する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の衝撃緩衝装置の設計方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の衝撃緩衝装置の設計方法をコンピュータに実行させることを特徴とする衝撃緩衝装置の設計プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２３３７４（Ｐ２００９−２３３７４Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８５２３２（Ｐ２００７−１８５２３２）
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（５０２１１６９２２）ユニバーサル造船株式会社 (172)
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（５０２１１６９２２）ユニバーサル造船株式会社 (172)
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