梁の波動伝播解析におけるTimoshenko係数効果

Timoshenko coefficient's effect in wave propagation analysis of a beam

宮崎 明美; 鶴 秀生*

Miyazaki, Akemi; Tsuru, Hideo*

原子力プラントにおいてその安全性と機能性を維持することは、非常に重要な課題である。著者らは、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し、複雑な配置を有するフレーム構造物の波動伝播特性に関する研究開発を行っている。これまでに、波動伝播特性解明のために有効な手法であるスペクトル要素法(SEM)を拡張し、数値シミュレーションを実施している。一般に、フレーム構造物の波動伝播解析では、比較的高周波までよい近似を与えるという理由からTimoshenkoの理論がよく用いられている。このTimoshenko理論は曲げとせん断変形を連成させるためにTimoshenko係数を用いている。Timoshenko係数は、断面内のせん断変形分布から計算されるが、このせん断変形分布はある種の仮定(理論)に基づいている。現在さまざまな理論が提案されているが、本論文ではCowperの理論の再検討を試みた。フレームの断面形状と分散関係の検討,数値シミュレーションによる衝撃力作用時の配管の波動伝播解析を行い、Timoshenko係数の評価が応答に与える影響が無視できないことを示した。

The author has researched stress wave propagation in frame structures in order to clarify the dynamic behavior of complicated assembled structures. A spectrum element method (SEM) has been adopted as one of the effective methods, and numerical simulations of a real-sized piping structure has been performed. The Timoshenko theory is usually used in wave propagation analysis of frame structures because it can relatively well approximate in high frequency domain. The theory uses a so-called Timoshenko coefficient to couple the bending and shear deformation. This coefficient is calculated using the shear deformation distribution within the cross section. In this paper, we re-examined the Cowper's theory which introduced the least assumptions in computing the Timoshenko coefficient. The connection between cross section and dispersion relation was investigated and a numerical simulation was attempted. An importance of an estimation of Timoshenko coefficient was discussed.