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

西田 明美  

Nishida, Akemi

構造物が衝撃的外力を受けたとき、構造物内部では応力波が発生し、接合部や境界における反射や透過を繰返しながら伝播する。この伝播現象を解明することは、いまだ未解明である構造物の接合部等におけるエネルギー逸散現象を解明するための有効な知見となることが期待される。本研究では、原子力プラントの実運用時における動的現象シミュレーションシステム(3次元仮想振動台)の開発において、特に配管系構造物における応力波伝播現象及び減衰機構の解明を目的とする。本論文では、連続体モデルを基礎とする3次元フレーム構造物の波動伝播解析手法を配管系構造物に適用するためにチモシェンコ梁理論を導入し、梁のせん断波の伝播を厳密に扱える3次元フレーム要素の定式化を示す。また、大洗研究開発センターHTTRにおいて実際に配管として用いられている鋼管を例題とし、従来梁理論の適用限界を明示し、本手法の有効性を述べる。

Since it is generally difficult to predict the occurrence of natural disasters such as earthquakes, a performance management system that always maintains the safety and functionalities of structures is required, especially for critical ones like nuclear power plants. In order to realize such a system, it is becoming important to carry out modeling procedures and analyses in detail to better understand the real phenomena. The aim of our research is to solve the dynamic behavior, especially the wave propagation phenomena, of piping systems in nuclear power plants which are complicated assemblages of parts. The spectral element method is adopted in this work and the formulation considering a shear deformation independently for a frame element is described. The Timoshenko beam theory is introduced for the purpose of this formulation. Moreover, the validity of the presented element will be described through comparisons made with the conventional beam element by showing the numerical example using the steel pipe actually used as the piping in HTTR, JAEA.