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Dynamic buckling analysis of a hemisphere subjected to external fluid pressure

流体外圧を受ける半球殼の動的座屈解析

森下 正樹 

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動燃-欧州AGT9B間の国際協力の枠組みの中で,構造健全性の分野における各種解析評価法に関するベンチマーク解析が計画,実行されている。その中で,流体による外圧を受ける薄肉半球殻の動的座屈の問題が欧州から提示された。本報告書はこの問題に関する解析の結果を取りまとめたものである。同心の二重半球殻(外側が剛で内側が薄肉)のアニュランス部に水を満たしておき,この系を上下方向に正弦波加振する。流体に動圧が発生し,この圧力によって内側の薄肉半球殻が外圧座屈を生じる。この場合の加振振動数と座屈時の圧力が評価すべき量である。実験結果に関する情報が得られていない段階で,いわゆるblind analysisを実施した。解析にはFINASを使用した。解析の結果得られた結論は以下のとおりである。・加振振動数は27Hz(半球殻の流体構造連成による固有振動数)・座屈圧力は0.16MPa(弾性座屈)・流体構造連成による固有振動モードは軸対称モードであり,座屈形状も同じく軸対称モードである。なお,報告書では解析の結果のみを取りまとめており,実験結果との比較検討,並びにここで用いた解析手法の妥当性に関する検討等は,実験結果に関する情報が得られた段階で改めて行う予定である。

In the frame work of international cooperation between PNC and European AGT9B, benchmark studies were planned on the structural integrity analyses, Among these, a problem on the dynamic buckling of a hemisphere was supplied by the European side. A small annular gap between two concentric hemisphere is filled with water and the whole system is subjected to a vertical harmonic excitation so that the inner thin shell buckles by the dynamic fluid pressure. The problem is to infer the frequency of the excitation and the pressure at which the hemisphere buckles. An intensive series of analyses were performed using a general purpose non-linear finite element code, FINAS. The analyses were a blind test since no information was available on the experimental results. It is inferred as a result of the analyses that; (1)The frequency of the excitation is 27 Hz. (2)The critical buckling pressure is about 0.16 MPa. (3)The fundamental vibration mode and the buckling mode are axi-symmetric, and the buckling occurs in the elastic range. Discussion on the adequacy of the analyses will be made when the experimental result is available.

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