Wave propagation properties of frame structures; Formulation for three dimensional frame structures

フレーム構造物の波動伝播特性; 3次元フレーム構造のための定式化

宮崎 明美

Miyazaki, Akemi

原子力施設などの重要建築物では、常に高レベルの安全性及び機能性を維持するための性能が求められている。特に、配管などのフレーム構造物は、高周波領域の応答まで考慮できる詳細解析の必要性が高まっており、実現象を再現できるモデル化の重要性が増してきている。本研究では、複雑な部材配置を有する組立構造物を対象とし、波動伝播現象を解明することを目的とする。そのために有効な手法としてスペクトル要素法(SEM)を採用している。SEMは周波数領域で有限要素を組立てることにより複合構造物における応力波の伝播を解析する手法である。膨大な計算量とメモリーを必要とするため、これまで多部材からなる複雑構造物に適用された例はほとんどみられない。本論文では、通常曲げ変形のみを考慮しているSEM梁要素にせん断変形を追加し、より高周波まで扱える3次元フレームの定式化について述べる。さらに、曲げ変形のみを考慮した要素との比較を行い、その有効性を示している。

Since it is generally difficult to predict the occurrence of the natural disasters such as earthquakes, a performance management system that always maintains the safety of the structures is required, especially for the critical ones like the nuclear power plants. To realize such a system, it is becoming important to carry out modeling procedures and analyses in detail to capture the real phenomena. Such details are important in understanding the phenomena occurring in the frame structures such as piping systems which are considered to be one of the most weakest and vulnerable parts in the nuclear power plants. The aim of our research is to solve the dynamic behavior, especially the wave propagation phenomena for the piping systems in the nuclear power. The spectral element method is adopted in this work and the formulation considering a shear deformation of a frame element is described. Timoshenko beam theory is introduced for the purpose of this formulation. The validity of the presented element will be shown through the comparisons made with the conventional beam element.