ベローズ単体の振動試験

Vibration tests and analyses of bellows

五十幡 直文*; 森下 正樹* ; 北村 誠司 ; 岩田 耕司; 今津 彰

not registered; not registered; not registered; Iwata, Koji; Imazu, Akira

本研究は、ベローズ配管系の耐震解析法並びに耐震支持手法を確立するための一連の試験研究の一環として、ベローズ単体の振動特性を実験と解析によって明らかにすることを目的として行なった。実機の約1/2のスケールの供試体を用いた振動試験を行うとともに、有限要素法(汎用解析コードFINAS)及び簡易評価式による固有値解析を行い、評価法の妥当性を検討した。試験において、軸モード・はりモード・シェルモードの3種類の固有振動モード及び固有振動数を計測した。FINASによる解析結果は各モードで実験と良く一致した。EJMAstd.の簡易式は、軸モードでは一致するがモードでは精度が落ちる。そこで、はりモードの固有振動数を良い精度で求める簡易評価式を作成した。また、試験においてフロースリーブによる流体連成効果が確認され、それを考慮したはりモードの固有振動数の簡易評価式も作成した。ベローズ単体の固有振動特性を簡易に、精度良く評価する解析手法を確立した。本研究で得られた知見は、今後予定している、配管系にベローズを組込んだモデルによる振動試験結果とともにベローズ配管系の耐震設計手法の整備に反映していく予定である。

A series of experimental and analytical investigations was made into the vibration characteristics of bellows, as a part of works aiming at the establishment of seismic design and analysis methods for the piping systems with bellows expansion joints. Vibration tests were made using scaled models of bellows, and eigenvalue analyses were performed using both finite element method (FINAS program) and some simplified methods. Some axial, bending, and shell type modes were identified in the vibration tests in terms of mode shapes and eigenfrequencies. The analysis results by FINAS program were in good accordance with the test results for all the vibration modes, while the simplified formula provided in the EJMA Std. did not give good estimation for bending modes. A new simplified calculation method for bending mode eigenfrequency was developed, in which the fluid-structure interaction effect induced by flowsleeve was also taken into consideration. Through this study, analysis methods to evaluate the vibration characteristics of bellows with simplicity and precision, were established, which will be reflected on the provision of seismic design and anlysis methods for piping systems with bellows expansion joints.