(57)【要約】【課題】浮体施設の浮体運動をはじめとした全体挙動に係る限られた指標を計測するのみで、多数の構造的な弱点箇所に対するモニタリングができる浮体施設の荷重・応力モニタリング方法及び浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムを提供すること。【解決手段】本発明に対応した浮体施設の荷重・応力モニタリング方法は、浮体施設１０の稼働時の浮体運動及び／又は気象・海象条件を含む浮体施設１０の全体挙動に係る指標の計測に基づいて、浮体施設１０の複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの荷重・応力をリアルタイムで推定することを特徴とする【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体施設の稼働時の浮体運動及び／又は気象・海象条件を含む前記浮体施設の全体挙動に係る指標の計測に基づいて、前記浮体施設の複数のモニタリング部位の荷重又は応力をリアルタイムで推定することを特徴とする浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項２】
前記浮体運動及び／又は前記全体挙動に係る前記指標を、前記浮体施設に備えた計測手段により計測して求めることを特徴とする請求項１に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項３】
前記荷重又は前記応力の推定値の履歴を基に、複数の前記モニタリング部位の疲労余寿命を評価することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項４】
複数の前記モニタリング部位のうちの前記疲労余寿命の一番少ない前記モニタリング部位に基づいて点検保守の時期を判断することを特徴とする請求項３に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項５】
前記荷重又は前記応力の前記推定値の時系列傾向から前記荷重又は前記応力及び／又は前記疲労余寿命の将来的な変化を予測することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項６】
前記荷重又は前記応力の前記推定値及び／又は前記疲労余寿命の評価値に基づいて警報を発することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項７】
前記荷重又は前記応力の前記推定値及び／又は前記疲労余寿命の評価値に基づいて前記浮体施設の運転を制御することを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項８】
複数の前記モニタリング部位の前記荷重の推定値は、前記浮体運動及び／又は前記全体挙動から前記浮体施設の慣性力を計算し、力学的条件を満たすように波力を含む外力を仮定して求めることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項９】
複数の前記モニタリング部位の前記応力の推定値は、前記モニタリング部位ごとに構造解析によって求めた荷重から応力への変換係数を使用することを特徴とする請求項１から
請求項８のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項１０】
複数の前記モニタリング部位の前記荷重の推定値は、次の数式（１）に基づいて求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
数式（１）：｛Ｆｉ｝＝［Ａｉｊ］｛ｘｊ｝＋［Ｂｉｊ］｛ｘｊ´｝＋［Ｃｉｊ］｛ｘｊ´´｝
ただし、｛Ｆｉ｝は荷重、｛ｘｊ｝は変位、｛ｘｊ´｝は速度、｛ｘｊ´´｝は加速度、［Ａｉｊ］と［Ｂｉｊ］と［Ｃｉｊ］は運動−荷重相関マトリックス、ｉは荷重の種類、ｊは浮体運動の６自由度とする。
【請求項１１】
前記運動−荷重相関マトリックスを、
６自由度の前記浮体運動の応答関数及び前記荷重の応答関数を求めるステップ１と、
前記浮体運動の応答関数の１階微分及び２階微分を用意するステップ２と、
前記荷重の応答関数と、前記浮体運動の応答関数に基づく前記変位の応答関数と、用意した前記１階微分及び前記２階微分とを数式（１）に代入し、前記運動−荷重相関マトリックスの値を同定するステップ３と
によって求めることを特徴とする請求項１０に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項１２】
前記ステップ３で得られた前記運動−荷重相関マトリックスの値及び実際の前記浮体運動の時系列データを用いて、複数の前記モニタリング部位の各断面に生じる前記荷重の時系列データを算出するステップ４を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項１３】
前記浮体運動の応答関数と前記荷重の応答関数は、水槽試験又は数値計算より求めることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項１４】
複数の前記モニタリング部位の前記応力の推定値は、次の数式（２）に基づいて求めることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
数式（２）：｛σｋ｝＝［Ｄｋｉ］｛ｆｉ｝
ただし、｛σｋ｝は応力、｛ｆｉ｝は単位荷重、［Ｄｋｉ］は荷重−応力相関マトリックス、ｋはモニタリング部位、ｉは荷重の種類とする。
【請求項１５】
前記荷重−応力相関マトリックスを、
前記浮体施設の前記モニタリング部位を含む有限要素モデルを作成し、モデル境界に単位荷重を作用させるステップ５と、
前記単位荷重の載荷時の前記モニタリング部位における前記応力を算出し前記荷重−応力相関マトリックスの値を同定するステップ６と
により求めることを特徴とする請求項１４に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項１６】
前記ステップ６で得られた前記荷重−応力相関マトリックスの値及び前記ステップ４で算出した前記荷重の時系列データを用いて、推定した前記荷重が断面力として作用した際の前記モニタリング部位に生じる前記応力の時系列データを算出するステップ７を備えることを特徴とする請求項１５に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項１７】
前記ステップ７で得られた前記応力の時系列データを基に疲労被害度を算出し、前記モニタリング部位の累積疲労被害度を算出し、前記累積疲労被害度の現状値と許容値との差で疲労余寿命を評価することを特徴とする請求項１６に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法。
【請求項１８】
浮体施設の稼働時の浮体運動及び／又は気象・海象条件を含む前記浮体施設の全体挙動に係る指標の計測を行う計測手段と、前記計測手段の計測値に基づいて前記浮体施設における複数のモニタリング部位の荷重又は応力を推定する荷重・応力推定手段と、前記荷重・応力推定手段の推定結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする浮体施設の荷重・応力モニタリングシステム。
【請求項１９】
前記荷重又は前記応力の推定値の履歴を記録する履歴記録手段を更に備えたことを特徴とする請求項１８に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステム。
【請求項２０】
前記履歴記録手段で記録された前記荷重又は前記応力の前記推定値の前記履歴を基に、複数の前記モニタリング部位の疲労余寿命を評価する疲労余寿命評価手段を更に備えたことを特徴とする請求項１９に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステム。
【請求項２１】
前記疲労余寿命評価手段は、前記モニタリング部位のうちの前記疲労余寿命の一番少ない前記モニタリング部位に基づいて点検保守の時期を判断することを特徴とする請求項２０に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステム。
【請求項２２】
前記荷重・応力推定手段及び／又は前記疲労余寿命評価手段は、前記荷重又は前記応力の前記推定値の時系列傾向から前記荷重又は前記応力及び／又は前記疲労余寿命の将来的な変化を予測することを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステム。
【請求項２３】
前記荷重・応力推定手段による前記荷重又は前記応力の前記推定値及び／又は前記疲労余寿命評価手段による前記疲労余寿命の評価値に基づいて警報を行う警報手段を更に備えたことを特徴とする請求項２０から請求項２２のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステム。
【請求項２４】
前記荷重・応力推定手段による前記荷重又は前記応力の前記推定値及び／又は前記疲労余寿命評価手段による前記疲労余寿命の評価値に基づいて、前記浮体施設の運転を制御する運転制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項２０から請求項２３のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステム。
【請求項２５】
前記荷重・応力推定手段及び／又は前記疲労余寿命評価手段と前記出力手段は、前記浮体施設と離隔した場所に設けたことを特徴とする請求項２０から請求項２４のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造的な弱点箇所に対するモニタリングができる浮体施設の荷重・応力モニタリング方法及び浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な構造物の維持管理は、定期点検及び定期保守の概念を基に実施される。しかし、定期点検及び定期保守の施工では、必ずしも一定の残余信頼性を担保することにはならない。破損を防止する上で点検保守のインターバルは安全サイドに設定されるため、不必要な剰余安全性が発生している。
浮体式洋上風力発電施設等では、点検保守の頻度を必要十分にするため、残余信頼性を精度良く且つ遠隔でモニタリングすることが求められる。
例えば、浮体式洋上発電施設の構造上の弱点としては、タワー開口部などがある。タワー開口部においては、疲労亀裂が発生したり、当該部の座屈を起点とする全体倒壊が発生した例がある。
これらの構造上の弱点箇所に対して、応力履歴等を常時累積的にモニタリングする手法が求められているが、実用的な手法の開発には至っていない。
【０００３】
特許文献１には、風力発電設備の定期メンテナンスが、十分な安全率を考慮した一定期間のメンテナンス周期を設定して運用されてきたため、必要以上に短いメンテナンス間隔でメンテナンスを実施する傾向があったことに着目し、運転状態監視手段が取得した風力発電設備の稼働実績と、あらかじめ設定した風力発電設備のメンテナンス条件に基づいて、実際の稼働状況がメンテナンスの必要となる稼働量に達しているか否かを判定することが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、風車の評価対象部位に作用する荷重時系列データを求め、この荷重時系列データから応力時系列データを求め、応力時系列データに基づく応力を評価対象部位補償運用期間にわたって与えた場合に、評価対象部位が所定の強度を維持するために最低限必要とされる破壊靱性値を求め、これに基づいて指標となる要求破壊靱性値を決定することが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、船体の一部として構造化された液化ガスタンクを支持する支持構造の複数箇所に応力を計測する複数の歪み計と加速度計を配置し、これらの歪み計と加速度計からの電気信号に基づいて応力を計算し、余寿命を評価することが記載されている。
【０００６】
特許文献４には、船体の応力を応力検出手段で検出し、蓄積手段で応力検出手段の検出情報を蓄積するとともに、航行時の船舶の状態を船舶状態導出手段で導出し、航行中における船舶の応力情報及び船舶状態の情報に基づいて船体構造体の健全性を推定評価することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３４２７６６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０３８３０５号
【特許文献３】特開２００５−３５５４号公報
【特許文献４】特開２００２−３２６５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、風力発電設備の稼働実績として、発電量、風車の回転回数、実稼働時間等を計測している（段落番号（０００９））。そして、メンテナンス条件としての稼働時間と風車の回転回数の設定値と、稼働実績としての稼働時間と風車の回転回数の実績値を比較している（段落番号（００１４））。
従って、特許文献１では、浮体施設の浮体運動や浮体施設の全体挙動を計測するものではなく、また構造的な弱点箇所に対するモニタリングをするものではない。
【０００９】
特許文献２は、部材の耐久性に関連した評価指標の適正値をシミュレーションによって求めるもので、実際の浮体施設の浮体運動や浮体施設の全体挙動を計測するものではない。
【００１０】
特許文献３のように歪み計を用いる方法は、構造的な弱点箇所における応力を計測することには適しているが、浮体施設では、構造的な弱点箇所は多数存在することから、一部の弱点箇所だけの計測では十分でなく、浮体施設の浮体運動や浮体施設の全体挙動を計測するものとして用いることは現実的にはできない。また、歪み計の寿命の問題もあり、定期的に入渠を行えない浮体施設にあっては、長期間の信頼性を確保することができない。
【００１１】
特許文献４における船舶状態導出手段は、風向を検出する風向検出手段、船体の船首方位を計測する方位計測手段、船体のローリングやピッチングを検出する傾斜検出手段、及び船首の上下加速度を検出する上下加速度検出手段から構成されている。すなわち、船舶状態導出手段を構成する手段を用いることで、船体の稼働時における浮体運動を推測することができる。
しかし、特許文献４では、応力検出手段で検出する応力を、船舶状態導出手段による情報に基づいて補正演算することで、応力検出手段を設置していない箇所の応力を推測するものであり、船舶状態導出手段によって船体の稼働時における浮体運動を計測するものではない（段落番号（００３３））。
【００１２】
本発明は、浮体施設に多数存在する構造的な弱点を網羅的・即物的に計測するのではなく、浮体施設の浮体運動をはじめとした全体挙動に係る限られた指標を計測するのみで、多数の構造的な弱点箇所に対するモニタリングができる浮体施設の荷重・応力モニタリング方法及び浮体施設の荷重・応力モニタリングシステ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】
【００１３】
請求項１記載の本発明に対応した浮体施設の荷重・応力モニタリング方法においては、浮体施設の稼働時の浮体運動及び／又は気象・海象条件を含む浮体施設の全体挙動に係る指標の計測に基づいて、浮体施設の複数のモニタリング部位の荷重又は応力をリアルタイムで推定することを特徴とする。請求項１に記載の本発明によれば、浮体施設の浮体運動や気象・海象条件を含む全体挙動に係る限られた指標を計測するのみで、浮体施設に多数存在する構造的な弱点を網羅的・即物的に計測するのではなく、モニタリング部位、すなわち多数の構造的な弱点箇所に対するモニタリングをリアルタイムで行うことができる。
【００１４】
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、全体挙動に係る指標を、浮体施設に備えた計測手段により計測して求めることを特徴とする。請求項２に記載の本発明によれば、浮体施設に備えた計測手段で浮体施設の浮体運動や気象・海象条件を含む全体挙動に係る限られた指標を直接計測することができる。
【００１５】
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、荷重又は応力の推定値の履歴を基に、複数のモニタリング部位の疲労余寿命を評価することを特徴とする。請求項３に記載の本発明によれば、荷重・応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所における余寿命を部位ごとに評価することができる。
【００１６】
請求項４記載の本発明は、請求項３に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、複数のモニタリング部位のうちの疲労余寿命の一番少ないモニタリング部位に基づいて点検保守の時期を判断することを特徴とする。請求項４に記載の本発明によれば、不必要な剰余安全性を設定することなく、保守点検の時期を合理的に判断できる。
【００１７】
請求項５記載の本発明は、請求項３又は請求項４のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、荷重又は応力の推定値の時系列傾向から荷重又は応力及び／又は疲労余寿命の将来的な変化を予測することを特徴とする。請求項５に記載の本発明によれば、荷重・応力や疲労余寿命の将来予測を行うことで、危険状態に入る前に的確に対処できる。
【００１８】
請求項６記載の本発明は、請求項３から請求項５のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、荷重又は応力の推定値及び／又は疲労余寿命の評価値に基づいて警報を発することを特徴とする。請求項６に記載の本発明によれば、警報によって危険状態を報知でき、将来的な安全性を確実に確保することができる。
【００１９】
請求項７記載の本発明は、請求項３から請求項６のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、荷重又は応力の推定値及び／又は疲労余寿命の評価値に基づいて浮体施設の運転を制御することを特徴とする。請求項７に記載の本発明によれば、危険状態に入る前に、危険を回避する運転条件に変更することが可能となる。
【００２０】
請求項８記載の本発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、複数のモニタリング部位の荷重の推定値は、浮体運動から浮体施設の慣性力及び／又は係留力を計算し、力学的条件を満たすように波力を含む外力を仮定して求めることを特徴とする。請求項８に記載の本発明によれば、計算された慣性力及び／又は係留力と端部条件を満たす外力を仮定することで、合理的な荷重を簡便に推定することができる。
【００２１】
請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、複数のモニタリング部位の応力の推定値は、モニタリング部位ごとに構造解析によって求めた荷重から応力への変換係数を使用することを特徴とする。請求項９に記載の本発明によれば、それぞれの弱点箇所、すなわちモニタリング部位ごとに応力を合理的に推定することができる。
【００２２】
請求項１０記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、複数のモニタリング部位の荷重の推定値は、次の数式（１）に基づいて求めることを特徴とする。
数式（１）：｛Ｆｉ｝＝［Ａｉｊ］｛ｘｊ｝＋［Ｂｉｊ］｛ｘｊ´｝＋［Ｃｉｊ］｛ｘｊ´´｝
ただし、｛Ｆｉ｝は荷重、｛ｘｊ｝は変位、｛ｘｊ´｝は速度、｛ｘｊ´´｝は加速度、［Ａｉｊ］と［Ｂｉｊ］と［Ｃｉｊ］は運動−荷重相関マトリックス、ｉは荷重の種類、ｊは浮体運動の６自由度とする。請求項１０に記載の本発明によれば、定められた計算式を用いて荷重を簡便に推定することができる。
【００２３】
請求項１１記載の本発明は、請求項１０に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、運動−荷重相関マトリックスを、６自由度の浮体運動の応答関数及び荷重の応答関数を求めるステップ１と、浮体運動の応答関数の１階微分及び２階微分を用意するステップ２と、荷重の応答関数と、浮体運動の応答関数に基づく変位の応答関数と、用意した１階微分及び２階微分を数式（１）に代入し、運動−荷重相関マトリックスの値を同定するステップ３とによって求めることを特徴とする。請求項１１に記載の本発明によれば、モニタリング部位によって異なる荷重の推定値を得る運動−荷重相関マトリックスを、簡便に求めることができる。
【００２４】
請求項１２記載の本発明は、請求項１１に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、ステップ３で得られた運動−荷重相関マトリックスの値及び実際の浮体運動の時系列データを用いて、複数のモニタリング部位の各断面に生じる荷重の時系列データを算出するステップ４を更に備えることを特徴とする。請求項１２に記載の本発明によれば、荷重の時系列データを算出し、浮体施設に生じる荷重の傾向を知ることができる。
【００２５】
請求項１３記載の本発明は、請求項１１又は請求項１２に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、浮体運動の応答関数と荷重の応答関数は、水槽試験又は数値計算より求めることを特徴とする。請求項１３に記載の本発明によれば、計算に必要な応答関数をあらかじめ簡便に求めることができる。
【００２６】
請求項１４記載の本発明は、請求項１、請求項２、又は請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、複数のモニタリング部位の応力の推定値は、次の数式（２）に基づいて求めることを特徴とする。
数式（２）：｛σｋ｝＝［Ｄｋｉ］｛ｆｉ｝
ただし、｛σｋ｝は応力、｛ｆｉ｝は単位荷重、［Ｄｋｉ］は荷重−応力相関マトリックス、ｋはモニタリング部位、ｉは荷重の種類とする。請求項１４に記載の本発明によれば、定められた計算式を用いて応力を簡便に推定することができる。
【００２７】
請求項１５記載の本発明は、請求項１４に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、荷重−応力相関マトリックスを、浮体施設のモニタリング部位を含む有限要素モデルを作成し、モデル境界に単位荷重を作用させるステップ５と、単位荷重の載荷時のモニタリング部位における応力を算出し荷重−応力相関マトリックスの値を同定するステップ６とにより求めることを特徴とする。請求項１５に記載の本発明によれば、モニタリング部位によって異なる応力の推定値を得る荷重−応力相関マトリックスを、簡便に求めることができる。
【００２８】
請求項１６記載の本発明は、請求項１５に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、ステップ６で得られた荷重−応力相関マトリックスの値及びステップ４で算出した荷重の時系列データを用いて、推定した荷重が断面力として作用した際のモニタリング部位に生じる応力の時系列データを算出するステップ７を備えることを特徴とする。請求項１６に記載の本発明によれば、応力の時系列データを算出し、浮体施設に生じる応力の傾向を知ることができる。
【００２９】
請求項１７記載の本発明は、請求項１６に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法において、ステップ７で得られた応力の時系列データを基に疲労被害度を算出し、モニタリング部位の累積疲労被害度を算出し、累積疲労被害度の現状値と許容値との差で疲労余寿命を評価することを特徴とする。請求項１７に記載の本発明によれば、荷重及び応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所における余寿命を部位ごとに評価し、危険状態に入る前に、危険を予知することが可能となる。
【００３０】
請求項１８記載の本発明に対応した浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムにおいては、浮体施設の稼働時の浮体運動及び／又は気象・海象条件を含む浮体施設の全体挙動に係る指標の計測を行う計測手段と、計測手段の計測値に基づいて浮体施設における複数のモニタリング部位の荷重又は応力を推定する荷重・応力推定手段と、荷重・応力推定手段の推定結果を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。請求項１８に記載の本発明によれば、浮体施設の浮体運動や気象・海象条件を含む全体挙動に係る限られた指標を計測するのみで、浮体施設に多数存在する構造的な弱点を網羅的・即物的に計測するのではなく、モニタリング部位、すなわち多数の構造的な弱点箇所に対する荷重又は応力を推定し、モニタリングを行うことができる。
【００３１】
請求項１９記載の本発明は、請求項１８に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムにおいて、荷重又は応力の推定値の履歴を記録する履歴記録手段を更に備えたことを特徴とする。請求項１９に記載の本発明によれば、履歴記録手段に記録された荷重・応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所の将来的な予測を行うことができる。
【００３２】
請求項２０記載の本発明は、請求項１９に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムにおいて、履歴記録手段で記録された荷重又は応力の推定値の履歴を基に、複数のモニタリング部位の疲労余寿命を評価する疲労余寿命評価手段を更に備えたことを特徴とする。請求項２０に記載の本発明によれば、記録された荷重・応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所における余寿命を評価することができる。
【００３３】
請求項２１記載の本発明は、請求項２０に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムにおいて、疲労余寿命評価手段は、モニタリング部位のうちの疲労余寿命の一番少ないモニタリング部位に基づいて点検保守の時期を判断することを特徴とする。請求項２１に記載の本発明によれば、不必要な剰余安全性を設定することなく、保守点検の時期を合理的に判断できる。
【００３４】
請求項２２記載の本発明は、請求項２０又は請求項２１に記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムにおいて、荷重・応力推定手段及び／又は疲労余寿命評価手段は、荷重又は応力の推定値の時系列傾向から荷重又は応力及び／又は疲労余寿命の将来的な変化を予測することを特徴とする。請求項２２に記載の本発明によれば、荷重・応力や疲労余寿命の将来予測を行うことで、危険状態に入る前に的確に対処できる。
【００３５】
請求項２３記載の本発明は、請求項２０から請求項２２のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムにおいて、荷重・応力推定手段による荷重又は応力の推定値及び／又は疲労余寿命評価手段による疲労余寿命の評価値に基づいて警報を行う警報手段を更に備えたことを特徴とする。請求項２３に記載の本発明によれば、警報によって危険状態を報知でき、将来的な安全性を確実に確保することができる。
【００３６】
請求項２４記載の本発明は、請求項２０から請求項２３のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムにおいて、荷重・応力推定手段による荷重又は応力の推定値及び／又は疲労余寿命評価手段による疲労余寿命の評価値に基づいて、浮体施設の運転を制御する運転制御手段を更に備えたことを特徴とする。請求項２４に記載の本発明によれば、危険状態に入る前に、危険を回避する運転条件に変更することが可能となる。
【００３７】
請求項２５記載の本発明は、請求項２０から請求項２４のいずれかに記載の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムにおいて、荷重・応力推定手段及び／又は疲労余寿命評価手段と出力手段は、浮体施設と離隔した場所に設けたことを特徴とする。請求項２５に記載の本発明によれば、例えば沖合に設置した複数の浮体施設を陸上でモニタリングできる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法によれば、浮体施設の浮体運動や気象・海象条件を含む全体挙動に係る限られた指標を計測するのみで、浮体施設に多数存在する構造的な弱点を網羅的・即物的に計測するのではなく、モニタリング部位、すなわち多数の構造的な弱点箇所に対するモニタリングをリアルタイムで行うことができる。
【００３９】
また、全体挙動に係る指標を、浮体施設に備えた計測手段により計測して求める場合には、浮体施設に備えた計測手段で浮体施設の浮体運動や気象・海象条件を含む全体挙動に係る限られた指標を直接計測することができる。
【００４０】
また、荷重・応力の推定値の履歴を基に、複数のモニタリング部位の疲労余寿命を評価する場合には、荷重・応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所における余寿命を部位ごとに評価することができる。
【００４１】
また、複数のモニタリング部位のうちの疲労余寿命の一番少ないモニタリング部位に基づいて点検保守の時期を判断する場合には、不必要な剰余安全性を設定することなく、保守点検の時期を合理的に判断できる。
【００４２】
また、荷重・応力の推定値の時系列傾向から荷重・応力及び／又は疲労余寿命の将来的な変化を予測する場合には、荷重・応力や疲労余寿命の将来予測を行うことで、危険状態に入る前に的確に対処できる。
【００４３】
また、荷重・応力の推定値及び／又は疲労余寿命の評価値に基づいて警報を発する場合には、警報によって危険状態を報知でき、将来的な安全性を確実に確保することができる。
【００４４】
また、荷重・応力の推定値及び／又は疲労余寿命の評価値に基づいて浮体施設の運転を制御する場合には、危険状態に入る前に、危険を回避する運転条件に変更することが可能となる。
【００４５】
また、複数のモニタリング部位の荷重の推定値は、浮体運動から浮体施設の慣性力及び／又は係留力を計算し、力学的条件を満たすように波力を含む外力を仮定して求める場合には、計算された慣性力及び／又は係留力と端部条件を満たす外力を仮定することで、合理的な荷重を簡便に推定することができる。
【００４６】
また、複数のモニタリング部位の応力の推定を、モニタリング部位ごとに構造解析によって求めた荷重から応力への変換係数を使用する場合には、それぞれの弱点箇所、すなわちモニタリング部位ごとに応力を合理的に推定することができる。
【００４７】
また、複数のモニタリング部位の荷重の推定値は、次の数式（１）に基づいて求める場合には、定められた計算式を用いて荷重を簡便に推定することができる。
数式（１）：｛Ｆｉ｝＝［Ａｉｊ］｛ｘｊ｝＋［Ｂｉｊ］｛ｘｊ´｝＋［Ｃｉｊ］｛ｘｊ´´｝
ただし、｛Ｆｉ｝は荷重、｛ｘｊ｝は変位、｛ｘｊ´｝は速度、｛ｘｊ´´｝は加速度、［Ａｉｊ］と［Ｂｉｊ］と［Ｃｉｊ］は運動−荷重相関マトリックス、ｉは荷重の種類、ｊは浮体運動の６自由度とする。
【００４８】
また、運動−荷重相関マトリックスを、６自由度の浮体運動の応答関数及び荷重の応答関数を求めるステップ１と、浮体運動の応答関数の１階微分及び２階微分を用意するステップ２と、荷重の応答関数と、浮体運動の応答関数に基づく変位の応答関数と、用意した１階微分及び２階微分を数式（１）に代入し、運動−荷重相関マトリックスの値を同定するステップ3とによって求める場合には、モニタリング部位によって異なる荷重の推定値を得る運動−荷重相関マトリックスを、簡便に求めることができる。
【００４９】
また、ステップ３で得られた運動−荷重相関マトリックスの値及び実際の浮体運動の時系列データを用いて、複数のモニタリング部位の各断面に生じる荷重の時系列データを算出するステップ４を更に備える場合には、浮体施設に生じる荷重の傾向を知ることができる。
【００５０】
また、浮体運動の応答関数と荷重の応答関数は、水槽試験又は数値計算より求める場合には、計算に必要な応答関数をあらかじめ簡便に求めることができる。
【００５１】
また、複数のモニタリング部位の応力の推定値は、次の数式（２）に基づいて求める場合には、定められた計算式を用いて応力を簡便に推定することができる。
数式（２）：｛σｋ｝＝［Ｄｋｉ］｛ｆｉ｝
ただし、｛σｋ｝は応力、｛ｆｉ｝は単位荷重、［Ｄｋｉ］は荷重−応力相関マトリックス、ｋはモニタリング部位、ｉは荷重の種類とする。
【００５２】
また、荷重−応力相関マトリックスを、浮体施設のモニタリング部位を含む有限要素モデルを作成し、モデル境界に単位荷重を作用させるステップ５と、単位荷重の載荷時のモニタリング部位における応力を算出し荷重−応力相関マトリックスの値を同定するステップ６とにより求める場合には、モニタリング部位によって異なる応力の推定値を得る荷重−応力相関マトリックスを、簡便に求めることができる。
【００５３】
また、ステップ６で得られた荷重−応力相関マトリックスの値及びステップ４で算出した荷重の時系列データを用いて、推定した荷重が断面力として作用した際のモニタリング部位に生じる応力の時系列データを算出するステップ７を備える場合には、応力の時系列データを算出し、浮体施設に生じる応力の傾向を知ることができる。
【００５４】
また、ステップ７で得られた応力の時系列データを基に疲労被害度を算出し、モニタリング部位の累積疲労被害度を算出し、累積疲労被害度の現状値と許容値との差で疲労余寿命を評価する場合には荷重及び応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所における余寿命を部位ごとに評価し、危険状態に入る前に、危険を予知することが可能となる。
【００５５】
本発明の浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムによれば、浮体施設の浮体運動や気象・海象条件を含む全体挙動に係る限られた指標を計測するのみで、浮体施設に多数存在する構造的な弱点を網羅的・即物的に計測するのではなく、モニタリング部位、すなわち多数の構造的な弱点箇所に対する荷重・応力を推定し、モニタリングを行うことができる。
【００５６】
また、荷重・応力の推定値の履歴を記録する履歴記録手段を更に備えた場合には、履歴記録手段に記録された荷重・応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所の将来的な予測を行うことができる。
【００５７】
また、履歴記録手段で記録された荷重・応力の推定値の履歴を基に、複数のモニタリング部位の疲労余寿命を評価する疲労余寿命評価手段を更に備えた場合には、記録された荷重・応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所における余寿命を評価することができる。
【００５８】
また、疲労余寿命評価手段が、モニタリング部位のうちの疲労余寿命の一番少ないモニタリング部位に基づいて点検保守の時期を判断する場合には、不必要な剰余安全性を設定することなく、保守点検の時期を合理的に判断できる。
【００５９】
また、荷重・応力推定手段及び／又は疲労余寿命評価手段が、荷重・応力の推定値の時系列傾向から荷重・応力及び／又は疲労余寿命の将来的な変化を予測する場合には、荷重・応力や疲労余寿命の将来予測を行うことで、危険状態に入る前に的確に対処できる。
【００６０】
また、荷重・応力推定手段による荷重・応力の推定値及び／又は疲労余寿命評価手段による疲労余寿命の評価値に基づいて警報を行う警報手段を更に備えた場合には、警報によって危険状態を報知でき、将来的な安全性を確実に確保することができる。
【００６１】
また、荷重・応力推定手段による荷重・応力の推定値及び／又は疲労余寿命評価手段による疲労余寿命の評価値に基づいて、浮体施設の運転を制御する運転制御手段を更に備えた場合には、危険状態に入る前に、危険を回避する運転条件に変更することが可能となる。
【００６２】
また、荷重・応力推定手段及び／又は疲労余寿命評価手段と出力手段を、浮体施設と離隔した場所に設けた場合には、例えば沖合に設置した複数の浮体施設を陸上でモニタリングできる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態による荷重・応力モニタリング方法の基本概念を示す図
【図２】本実施形態による荷重・応力モニタリングシステムを示す構成図
【図３】本実施形態による応力の推定値の時系列傾向からの予測方法の一例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下に、本発明の実施形態による荷重・応力モニタリング方法について説明する。
図１は本実施形態による荷重・応力モニタリング方法の基本概念を示す図である。
図１（ａ）に示すように、計測対象は、浮体施設の稼働時の浮体運動及び／又は気象・海象条件を含む浮体施設の全体挙動であり、浮体施設の浮体運動や気象・海象条件等の全体挙動に係る指標の計測に基づいて、浮体施設の複数のモニタリング部位の荷重をリアルタイムで推定し、この推定した荷重に基づいて応力をリアルタイムで推定する。
すなわち、浮体施設の動揺や気象・海象を含む全体挙動に係る指標を計測するのみで、浮体施設に多数存在する構造的な弱点を網羅的・即物的に計測するのではなく、モニタリング部位、すなわち多数の構造的な弱点箇所に対するモニタリングをリアルタイムで行うことができる。
【００６５】
構造的な弱点の網羅的・即物的な計測が不要であるため、多数の計測手段を必要とせず、また、例えば即物的に歪ゲージを用いる場合のように、多数の計測手段の耐久性や信頼性を考慮する必要が無くなる。
また、モニタリング部位の荷重や応力をリアルタイムで推定し、多数の構造的な弱点箇所に対するモニタリングをリアルタイムで行うことにより、浮体運動及び／又は気象・海象条件を含む浮体施設の全体挙動に係る指標の荷重や応力への影響を時々刻々と知ることができ、荷重や応力の設計限界値との対比や安全率の確認に寄与できる。また、荷重や応力の時々刻々の変化を知ることができ、傾向から荷重や応力の今後の予測が容易に可能となる。更に、荷重や応力の時々刻々の変化を積み上げることにより、点検保守の管理が的確にできる。
【００６６】
図１（ｂ）は、各パラメータの関係を示している。
浮体施設は、図１（ｂ）に示すような、種々の外力が負荷される力学系となっている。
図１（ｂ）に示すように、外力によって浮体運動が発生するが、それによって発生する慣性力及び係留力がバランスする形で結果として運動が起こっている。また、外力、慣性力及び係留力の積分値として、曲げ・捩り・剪断の荷重が発生している。
但し、外力や慣性力の全体像を掴むことは、着力位置・力の方向など多くのパラメータを要するので、事実上不可能である。
【００６７】
図１（ｃ）に、荷重推定の概念を示す。
６自由度に集約される運動（浮体施設の動揺）に着目し、運動から曲げ・捩り・剪断・軸力荷重を推定する。この６自由度の運動とは、ピッチング、ローリング、ヨーイング、ヒービング、スウェイング、及びサージングである。
曲げ・捩り・剪断荷重を推定する方法は具体的には、先ず、６自由度の運動から慣性力及び係留力を求めて、慣性力及び係留力による荷重を計算する。そのままでは、力学的条件等を満たさないため、力学的条件等を満たすように、波力等の外力を推定（仮定）する。これによって、合理的な荷重が簡便に推定できる。
なお、構造全体の曲げ・捩り・剪断荷重の単位荷重が負荷された時に、構造上の弱点箇所（モニタリング箇所）に発生する応力は構造解析によって求める。
構造上の弱点箇所（モニタリング箇所）の選定は、過去の類似の陸上施設での損傷事例や、他用途の浮体構造物での損傷事例を参照し、浮体施設の実体構造を考慮して選定する。
【００６８】
図２は本実施形態による荷重・応力モニタリングシステムを示す構成図である。
本実施形態では、浮体施設１０として洋上風力発電施設を示している。
浮体施設（洋上風力発電施設）１０は、下部構造体１１、タワー１２、ナセル１３、及びローター１４からなり、下部構造体１１を、浮力を有した浮体構造体とし、係留索で係留した浮体式の洋上風力発電施設である。ただし、洋上風力発電施設以外の浮体施設であってもよい。
【００６９】
本実施形態による荷重・応力モニタリングシステムは、浮体施設１０の稼働時の浮体運動及び／又は気象・海象条件を含む浮体施設１０の全体挙動に係る指標の計測を行う計測手段２１と、計測手段２１の計測値に基づいて浮体施設１０における複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの荷重・応力を推定する荷重・応力推定手段３１と、荷重・応力推定手段３１の推定結果を出力する出力手段３２とを備えている。
【００７０】
計測手段２１は浮体施設１０に備えている。
計測手段２１は、例えば、浮体施設１０のピッチング、ローリング、及びヨーイングを計測するジャイロセンサと、ヒービング、スウェイング、及びサージングを計測する加速度計とから構成される。すなわち、浮体施設１０の稼働時の浮体運動は、ジャイロセンサと加速度計によって計測される、ピッチング、ローリング、ヨーイング、ヒービング、スウェイング、及びサージングの６自由度に集約される全体挙動に係る運動（浮体施設の動揺）である。
また、気象・海象条件は、例えば、風向計と風速計と波高計のような計測手段２１で計測される。浮体施設１０の全体挙動は、６自由度による浮体施設動揺に加えて、風向、風速、及び波高等による浮体施設１０の挙動に影響を及ぼす指標にも支配される場合がある。従って、気象・海象条件を含む浮体施設１０の全体挙動に係る指標を計測することにより、浮体施設１０の複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの荷重・応力をリアルタイムで推定することが可能となる。
モニタリング部位１５ａは例えばタワー１２の開口部、モニタリング部位１５ｂは例えばタワー１２の内部補強部材の交差部、モニタリング部位１５ｃは例えば下部構造体１１の内部補強部材の末端部である。
【００７１】
本実施形態による荷重・応力モニタリングシステムによれば、浮体施設１０の動揺や気象・海象等を計測するのみで、モニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、すなわち多数の構造的な弱点箇所に対する荷重・応力を網羅的・即物的に計測せずに推定し、モニタリングを行うことができる。
また、浮体施設１０の稼働時の浮体運動による全体挙動に係る指標の計測結果あるいは気象・海象条件を含む浮体施設１０の全体挙動に係る指標の計測結果は、それぞれ単独に用いて、モニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、の荷重・応力をリアルタイムで推定することもできるが、両者を組み合わせて用いることもできる。浮体運動による全体挙動に係る指標の計測結果と気象・海象条件を含む全体挙動に係る指標の計測結果を組み合わせて用いることにより、より精度よく荷重・応力の推定が可能となる。
【００７２】
本実施形態による荷重・応力モニタリングシステムは、荷重・応力の推定値の履歴を記録する履歴記録手段３３、履歴記録手段３３で記録された荷重・応力の推定値の履歴を基に、複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの疲労余寿命を評価する疲労余寿命評価手段３４、荷重・応力推定手段３１による荷重・応力の推定値及び／又は疲労余寿命評価手段３４による疲労余寿命の評価値に基づいて警報を行う警報手段３５、荷重・応力推定手段３１による荷重・応力の推定値及び／又は疲労余寿命評価手段３４による疲労余寿命の評価値に基づいて、浮体施設１０の運転を制御する運転制御手段２２を更に備えている。
運転制御手段２２は、浮体施設１０に備えている。
【００７３】
履歴記録手段３３を備えることで、履歴記録手段３３に記録された荷重・応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所の将来的な予測を行うことができる。
履歴記録手段３３には、荷重・応力の時系列の推定値以外に、計測手段２１で計測される浮体運動や全体挙動に係る指標の計測結果の履歴も記録することが可能である。例えば浮体施設１０の浮体運動や風向、風速、及び波高等の記録と現在値から台風を予測し、荷重・応力の時系列の推定値の将来的な予測をより精度よく行うこともできる。
また、疲労余寿命評価手段３４を備えることで、記録された荷重・応力の時系列の推定値から、モニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃにおける余寿命を部位ごとに評価することができる。
また、警報手段３５を備えることで、警報によって危険状態を報知でき、将来的な安全性を確実に確保することができる。
また、運転制御手段２２を備えることで、危険状態に入る前に、危険を回避する運転条件に変更することが可能となる。
【００７４】
荷重・応力推定手段３１、出力手段３２、履歴記録手段３３、疲労余寿命評価手段３４、及び警報手段３５は、浮体施設１０と離隔した場所に設けることが好ましく、例えば沖合に設置した複数の浮体施設１０を陸上でモニタリングできる。離隔した場所と複数の浮体施設１０間は、無線通信や海底ケーブルを利用して情報の送受信が可能である。
疲労余寿命評価手段３４は、モニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうちの疲労余寿命の一番少ないモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃに基づいて点検保守の時期を判断することが好ましく、不必要な剰余安全性を設定することなく、保守点検の時期を合理的に判断できる。
また、荷重・応力推定手段３１及び／又は疲労余寿命評価手段３４は、荷重・応力の推定値の時系列傾向から荷重・応力及び／又は疲労余寿命の将来的な変化を予測することが好ましく、荷重・応力や疲労余寿命の将来予測を行うことで、危険状態に入る前に的確に対処できる。
【００７５】
保守点検に当たっては、浮体施設１０に人が常駐することは稀なため、通常、近傍の港から船舶によって保守点検者や機材、また交換部品等を輸送し保守点検を行う。特に、台風接近時には、保守点検用の船舶の出港が不可能となるため、疲労余寿命の将来予測を行い早めに点検を行うことが重要となる。このため、浮体施設１０の浮体運動や風向、風速、及び波高等の記録と現在値から台風の予測に加えて、地球規模の気象情報を利用することが好ましい。
【００７６】
図３に、本実施形態による応力の推定値の時系列傾向からの予測方法の一例を示す。図３では、横軸が時刻、縦軸が応力であり、現在までの推定値（区間Ａ）を実線で表している。図３における一点破線Ｂは、区間Ａに基づいた予測であり、推定時刻Ｃにおいて、許容値に達することを示している。出力手段３２によってこのようなグラフ表示を行うことができる。
図３に示す状態では、推定時刻Ｃよりも所定時間前に警報手段３５によって警報を発する。また、推定時刻Ｃに至る前に、運転制御手段２２によって、例えばナセル１３の向き及び／又はローター１４のブレード角度を変更することで、応力が許容値を超えないように制御する。
【００７７】
本実施形態による荷重・応力モニタリング方法では、荷重・応力の推定値の履歴を基に、複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの疲労余寿命を評価することで、荷重・応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所における余寿命を部位ごとに評価することができる。
【００７８】
また、本実施形態による荷重・応力モニタリング方法では、複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうちの疲労余寿命の一番少ないモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃに基づいて点検保守の時期を判断することで、不必要な剰余安全性を設定することなく、保守点検の時期を合理的に判断できる。
【００７９】
また、本実施形態による荷重・応力モニタリング方法では、荷重・応力の推定値の時系列傾向から荷重・応力及び／又は疲労余寿命の将来的な変化を予測することで、危険状態に入る前に的確に対処できる。
【００８０】
また、本実施形態による荷重・応力モニタリング方法では、荷重・応力の推定値及び／又は疲労余寿命の評価に基づいて警報を発することで、警報によって危険状態を報知でき、将来的な安全性を確実に確保することができる。
【００８１】
また、本実施形態による荷重・応力モニタリング方法では、荷重・応力の推定値及び／又は疲労余寿命の評価に基づいて浮体施設１０の運転を制御することで、危険状態に入る前に、危険を回避する運転条件に変更することが可能となる。
【００８２】
また、本実施形態による荷重・応力モニタリング方法では、複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの荷重の推定値は、浮体運動から浮体施設１０の慣性力及び／又は係留力を計算し、力学的条件を満たすように波力を含む外力を仮定して求めることで、合理的な荷重を推定することができる。
【００８３】
また、本実施形態による荷重・応力モニタリング方法では、複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの応力の推定値は、モニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃごとに構造解析によって求めた荷重から応力への変換係数を使用することで、それぞれの弱点箇所、すなわちモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃごとに応力を合理的に推定することができる。
【００８４】
浮体施設１０の複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃに生じる荷重（断面力）は、計測される浮体運動の時系列データを基に、次の数式（１）から求めることもできる。
数式（１）：｛Ｆｉ｝＝［Ａｉｊ］｛ｘｊ｝＋［Ｂｉｊ］｛ｘｊ´｝＋［Ｃｉｊ］｛ｘｊ´´｝
ただし、｛Ｆｉ｝は荷重、｛ｘｊ｝は変位、｛ｘｊ´｝は速度、｛ｘｊ´´｝は加速度、［Ａｉｊ］と［Ｂｉｊ］と［Ｃｉｊ］は運動−荷重相関マトリックス、ｉは荷重の種類、ｊは浮体運動の６自由度とする。このように定められた計算式を用いることで、荷重を簡便に推定することができる。
なお、上述のように、荷重の種類としては、曲げ・捩り・剪断・軸力があり、浮体運動の６自由度は、ピッチング、ローリング、ヨーイング、ヒービング、スウェイング、及びサージングである。
【００８５】
数式（１）を基本算式として、基本的には数式（１）内の運動−荷重相関マトリックス［Ａｉｊ］、［Ｂｉｊ］、［Ｃｉｊ］を同定する作業を行う。また、着目するモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの断面ごとに、各マトリックスの数値は異なる。
運動−荷重相関マトリックス［Ａｉｊ］、［Ｂｉｊ］、［Ｃｉｊ］を求める手順は次の通りである。
ステップ１として、水槽試験または数値計算により、６自由度の浮体運動の応答関数及び荷重の応答関数を求める。水槽試験または数値計算を用いることで、実際の浮体施設１０を使用せずに計算に必要な応答関数をあらかじめ簡便に求めることができる。
ステップ２として、ステップ１で求めた浮体運動の応答関数の１階微分及び２階微分を用意する。
ステップ３として、ステップ１で求めた荷重の応答関数と、浮体運動の応答関数に基づく変位の応答関数と、用意した１階微分及び２階微分を、それぞれ数式（１）の、｛Ｆｉ｝、｛ｘｊ｝、｛ｘｊ´｝、｛ｘｊ´´｝に代入し、最小二乗法を用いることで運動−荷重相関マトリックス［Ａｉｊ］、［Ｂｉｊ］、［Ｃｉｊ］の値を同定する。このように、モニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃによって異なる荷重の推定値を得る運動−荷重相関マトリックス［Ａｉｊ］、［Ｂｉｊ］、［Ｃｉｊ］を、簡便に求めることができる。
なお、各マトリックスの同定においては、十分な近似が得られる場合には、対象となる荷重に関係する運動に限定してもよい。（例えばＹ軸まわりのモーメントに対してはサージングとピッチングに限定してもよい。）また、運動−荷重相関マトリックス［Ａｉｊ］、［Ｂｉｊ］、［Ｃｉｊ］の値の同定に当っては、最小二乗法以外にも補完法等を含めた各種の近似法が利用可能である。
【００８６】
また、ステップ４として、ステップ３で得られた運動−荷重相関マトリックス［Ａｉｊ］、［Ｂｉｊ］、［Ｃｉｊ］の値及び実際の浮体運動の時系列データを用いて、複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの各断面に生じる荷重の時系列データを算出することもでき、この場合は、浮体施設１０に生じる荷重の傾向を知ることができる。
なお、実際の浮体運動の時系列データは、浮体施設１０に設けた計測手段としてのジャイロセンサや加速度計を用いて計測して求める。
【００８７】
また、浮体施設１０の複数のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃに生じる応力は、弾性有限要素解析を実施し、次の数式（２）から求めることもできる。
数式（２）：｛σｋ｝＝［Ｄｋｉ］｛ｆｉ｝
ただし、｛σｋ｝は応力、｛ｆｉ｝は単位荷重、［Ｄｋｉ］は荷重−応力相関マトリックス、ｋはモニタリング部位、ｉは荷重の種類とする。このように定められた計算式を用いることで、応力を簡便に推定することができる。
【００８８】
数式（２）を基本算式として、基本的には数式（２）内の荷重−応力相関マトリックス［Ｄｋｉ］を同定する作業を行う。また、応力を評価するモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの断面ごとに、各マトリックスの数値は異なる。
荷重−応力相関マトリックス［Ｄｋｉ］を求める手順は次の通りである。
ステップ５として、浮体施設１０のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃを含む有限要素モデル（局部応力を評価するモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃはファインメッシュ）を作成し、モデル境界に単位荷重を作用させる。
ステップ６として、単位荷重載荷時のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃにおける応力を算出し、荷重−応力相関マトリックス［Ｄｋｉ］の値を同定する。このように、モニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃによって異なる応力の推定値を得る荷重−応力相関マトリックス［Ｄｋｉ］を、簡便に求めることができる。
【００８９】
また、ステップ７として、ステップ６で得られた荷重−応力相関マトリックス［Ｄｋｉ］の値及びステップ４で算出した荷重の時系列データを用いて、推定した荷重が断面力として作用した際のモニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃに生じる応力の時系列データを算出することもでき、この場合は、応力の時系列データを算出し、浮体施設１０に生じる応力の傾向を知ることができる。
【００９０】
また、ステップ７で得られた応力の時系列データを基に疲労被害度ｄｉを算出し、次の数式（３）で表されるように、モニタリング部位１５ａ、１５ｂ、１５ｃの累積疲労被害度Ｄを算出することができる。
数式（３）：Ｄ＝Σｄｉ
そして、累積疲労被害度Ｄの現状値と許容値との差で疲労余寿命を評価することができる。すなわち、荷重及び応力の時系列の推定値から、多数の弱点箇所における余寿命を部位ごとに評価し、危険状態に入る前に、危険を予知することが可能となる。
なお、モニタリング時間が限定される場合（１日のうち数時間分等）には、モニタリング時間中に得られたｄｉを適宜修正し、数式（３）に代入する。
【００９１】
なお、上記した数式（１）を用いた荷重の推定方法、数式（２）を用いた応力の推定方法、又数式（３）を用いた累積疲労被害度Ｄの推定方法は、それぞれの他の推定方法を含めて任意に組み合わせて使用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の浮体施設の荷重・応力モニタリング方法及び浮体施設の荷重・応力モニタリングシステムは、例えば洋上風力発電施設に利用できる。
【符号の説明】
【００９３】
１０  浮体施設（洋上風力発電施設）
１１  下部構造体
１２  タワー
１３  ナセル
１４  ローター
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  モニタリング部位
２１  計測手段
２２  運転制御手段
３１  荷重・応力推定手段
３２  出力手段
３３  履歴記録手段
３４  疲労余寿命評価手段
３５  警報手段
【図１】
2015045329.tif 000003
【図２】
2015045329.tif 000004
【図３】
2015045329.tif 000005