航行中のヨットのひずみ、FEM解析モデルとひずみゲージによる実測値の比較研究

小型ヨット(LED)の革新的設計製造に関する研究がおこなわれました。この活動はパレルモ大学(化学・コンピュータ・機械工学部)がエンナコレ大学(建築工学部)と提携して実施されました。ひずみゲージを使用して、15フィートのスキッフタイプのヨットのひずみフィールドを測定し、FEM解析による数値予測と実測値を比較します。

様々な負荷を加えるとFEMによる数値のシミュレーションは、船体表面(図1)と、縦と横方向の補強フレーム(図2)に、大きく変形する領域を識別しました。船体材料は、成型コルク板の表面を繊維強化プラスチックでラミネートしたサンドイッチ構造です。HBMの3ゲージ式ひずみゲージのタイプRY81-6/350 と温度補正用ゲージを使用して、構成部品のひずみを外装板の内側で計測しました。縦と横方向の補強フレーム(航海用ベニヤ板製)における最大一般応力の発生箇所には、HBMの1ゲージ式ひずみゲージのタイプLY11-6/350を4個と温度補正用ひずみゲージを1個設置しました。

Fig. 1
Fig. 2

全ての1ゲージ式ひずみゲージには4線式の配線を行い、ポリウレタン塗料(HBMタイプPU140)とシリコンシール剤 (HBMタイプSG250で保護しました(図3と4)

典型的な航行条件(図5)でヨットに生ずる負荷状況をシミュレートして、様々な負荷構成を研究室で再現しました。

ひずみゲージ信号の計測は、ホイートストンブリッジを使用しました。そして、安定した挙動を達成できるくらいの時間幅でサンプリングされた信号は、完全なひずみ状況を得るために処理されて、FEMモデルの結果と比較されました。

この実験結果と予測モデルの数値の比較は非常に満足できる結果となり、FEMモデルが信頼性の高いことを証明しました。さらに計測データの信頼性に関して得られた成果により、実際の航行状態で実物のヨットで実験を行うことが可能になりました。実物での計測には、中継器とGPSシステム付きのひずみゲージコントローラが必要です。

Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
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