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報告書

FINAS汎用非線形構造解析システム解析例題書(第2版)

岩田 耕司; 月森 和之; 千葉 隆久*; 酒井 新吉*; 上野 睦郎*; 坂井 哲也*; 酒井 光*

JNC TN9520 2003-006, 569 Pages, 2003/09

JNC-TN9520-2003-006.pdf:9.55MB

本解析例題書は、汎用非線形構造解析システムFINAS (Finite Element Nonlinear Structural Analysis System)による各種解析例を収録したものである。解析例題書は基礎編と応用編に分かれており、基礎編は解析タイプごとに理論解等の参照解がある基本的例題を、応用編はより複雑で実際的な例題を取り上げている。各例題は、初心者でも追計算が可能なように、できる限り全入力データリストと主要結果を載せるようにした。なお、ここでの解析はすべてFINAS Version 13.0により実行したものである。

報告書

h法による自動要素分割機能を備えた非線形有限要素プログラムの開発

坂井 哲也; 月森 和之

PNC TN9410 98-069, 128 Pages, 1998/05

PNC-TN9410-98-069.pdf:2.55MB

計算科学の進歩を取り入れた先進的な解析手法を取り込み、大型炉の最適化設計に供することを目的とした構造解析における解析支援エキスパートシステムの構築ニーズが高まっている。本報はそのシステムの開発の一環として、弓削・岩井の提案する方法*1を基に解析精度の確保、解析データ作成作業の軽減及び計算コストの低減等の観点から、弾塑性解析に代表される強度の非線形問題をより円滑に進められることを目的とした、h法による順応型要素細分割機能の開発について報告するものである。今回、順応型要素細分割機能として適用したh法は、初期に作成した有限要素メッシュから、増分ステップ毎に単位面積当たりの吸収エネルギー量が一定値を越えた要素を細分化し、局所的にメッシュの密度を高める手法である。システム構築にあたっては、一般的な非線形有限要素コードをベースに前記のh法による順応型要素細分割機能を新たに作成し、組み込む形態で開発を行った。本システムの有する機能を以下に示す。(1)熱弾塑性に関する非線形問題に適用可能(2)使用できる要素・4節点平面応力要素、・4節点平面ひずみ要素・4節点軸対象ソリッド要素・4節点積層シェル要素(3)構成則・大野モデル・移動硬化則・ORNL10サイクル硬化則(4)反復法はニュートンラフソン法(5)取り扱い可能荷重・集中荷重・分布荷重・自重・温度荷重(6)載荷形態としてサイクリックな繰り返し荷重が取り扱い可能(7)細分割手法・アスペクト比による初期要素形状のひずみ矯正・増分ステップ毎に単位面積当たりの吸収エネルギー量が一定値を越えた要素をh法により細分化・細分割のしきい値(判定値)である吸収エネルギー量の要素の分割回数、材料種別ごとの複数入力機能の付加なお、本システムのプログラム作成および検証問題におけるテストランについては、(株)計算力学センターが実施した。

報告書

免震要素としての皿ばねの力学的特性の検討; 皿ばねの曲げ剛性に関する構造解析手法の検討

坂井 哲也; 月森 和之; 森下 正樹

PNC TN9410 97-001, 55 Pages, 1996/12

PNC-TN9410-97-001.pdf:2.07MB

機器上下免震構造の一連の研究開発において,上下免震の要素として大型の皿ばねの適用を検討している。ここで,上下免震された機器に水平地震動が入力された場合,系には水平とロッキングの連成振動が生じ,皿ばねには曲げモーメントが負荷される。このため,その際の皿ばねの力学的特性を明らかにする必要がある。そこで本報においては,皿ばね上面にコサイン分布した強制変位を負荷する荷重条件で3次元シェルモデルによるFEM解析を実施し,皿ばねの曲げ荷重による力学的特性の検討を行うと共に,現状において整備されていない皿ばねの曲げ剛性評価手法を新たに開発して,FEM解をリファレンスにその記述性を検討した。以下に,解析的に得られた皿ばねの曲げ荷重に対する力学的特性の知見と,提案した曲げ剛性手法及びその記述性についての検討結果の概要を示す。1.曲げ変位を皿ばねに負荷した場合,軸荷重の増加に伴うたわみの変化は引張り側と圧縮側の「軸荷重-たわみ」関係の非対称性に起因して軸荷重(軸反力)が生じる。よって,振動特性を設計する際には,上部構造重量による軸荷重の他にロッキングの際生じる軸荷重分も考慮に入れて上下方向の皿ばねの剛性を評価する必要がある。2.上下免震構造には上下方向以外の剛性を確保することが求められるが,皿ばねは大きな曲げ剛性を有していることが確認でき,その条件に有効と言える。3.皿ばねの「曲げモーメント-たわみ角」関係においては,全般に非線形性が弱いが,h/t(h:自由高さ,t:板厚)の大きい皿ばねほどたわみ角の進行に伴って曲げ剛性が大きくなっていく挙動を示す。これは設計の明快さ,あるいは安全性の面から考えて好都合と言える。4.皿ばねに加わる曲げ荷重を,周方向に細分割した微少区間において等分布な軸荷重ととらえ,等価円筒半径の概念と「軸荷重-たわみ」関係に関する設計公式を用いて微少区間における軸荷重,及びモーメントを求め,それらを全周に渡り積算することで皿ばねの曲げ荷重に対する「軸荷重-たわみ角」関係,及び「曲げモーメント-たわみ角」関係を求める曲げ評価式を開発した。5.曲げ評価式をFEM解をリファレンスとして検討した結果,適切な等価円筒半径を設定することにより,非常に良好な記述性を有していることが確認できた。

報告書

免震要素としての皿ばねの力学的特性の検討,1; 単軸荷重に対する皿ばねの構造解析手法の検討

坂井 哲也; 月森 和之; 森下 正樹

PNC TN9410 95-284, 87 Pages, 1995/11

PNC-TN9410-95-284.pdf:2.58MB

「建屋水平免震を前提とし、これに機器レベルでの上下免震を組合わせることでプラント全体の3次元免震を実現する」ことを目標においた機器上下免震の研究において、「原子炉容器と一次系機器を搭載する共通スラブ構造(コモンデッキ)を、各機器の廻りで機器と同心円状の大型皿ばねを用いた免震要素で上下方向に免震支持する」構造の概念を創出し、その成立性の見通しを得ている。このような構造の実現に係わるいくつかの課題のうち本報では、免震要素として用いる大型皿ばねの力学的特性の検討を行なって、以下に示す知見を得た。(1)FEM解析によって皿ばね断面内に発生する応力分布を検討した結果、卓越成分は周方向曲げ応力であり、皿ばねコーナー部が高応力部となることを確認した。(2)JIS等に記載されている設計公式は、マクロ的にみると単軸荷重に対する皿ばねの荷重-たわみ関係の非線形性及び内部に発生する周方向応力の傾向について良く捕らえているが、詳細に検討すれば設計公式値は皿ばね剛性及び最大周方向応力をFEM解より大きく評価する傾向にある。この傾向はたわみが進行するほど、また皿ばねの自由高さが高いモデルほど顕著となる。(3)上記(2)に示した傾向を補正するために設計公式の改良式を設計公式導出に当っての仮定を見直すことにより導出し、その改良式が単軸荷重に対する皿ばねの力学的特性をより精度良く表現するものであることを確認した。(4)皿ばね境界条件に関するパラメータ解析を行い、最大荷重及び発生周方向応力を検討した結果、皿ばね上下端の回転自由度に対する拘束条件が、皿ばねの力学的特性を決定する大きな支配因子であることが明らかとなった。

論文

High perfection $$alpha$$-$$^{57}$$Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$ crystals for nuclear bragg scattering

C.Suzuki*; 大野 英雄; 武居 文彦*; 坂井 富美子*; 依田 芳卓*; 工藤 喜弘*; 泉 弘一*; 石川 哲也*; 菊田 惺志*; X.Zhang*; et al.

Review of Scientific Instruments, 63(1), p.1206 - 1209, 1992/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:61.03(Instruments & Instrumentation)

放射光を利用した核ブラッグ散乱実験(NBS)のX線光学素子の主体は、メスバウアー核アイソトープ(例えば$$^{57}$$Fe)を含んだ高性能(完全性)単結晶あるいは薄膜である。この目的のためフラックス法によりヘマタイト($$alpha$$-$$^{57}$$Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$)単結晶を作成し、その結晶性能を放射光を利用したトポグラフ法で調べた。純粋に核のみからの反射である(111),(333),(555),(777)および(999)面からの反射形状の測定結果は理論から推定した形状と極めて良い一致を示した。核ブラッグ散乱実験はトリスタン蓄積リング(AR:高エネルギー物理学研究所)に設置されているビームライン(NE-3)を用い行った。(777)反射を用いた核ブラッグ散乱強度として10000cps以上の強度が得られた。

口頭

Current status of the 4SEASONS spectrometer at J-PARC

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中島 健次; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 曽山 和彦; 猪野 隆*; 大山 研司*; 坂井 麻貴子; 相澤 一也; et al.

no journal, , 

4SEASONSは大強度陽子加速器(J-PARC)の核破砕中性子研究施設で最初に建設されるチョッパー分光器の一つである。この分光器は5-300meVの入射中性子($$E_i$$)を利用した高温超伝導体及び関連物質の研究を目指している。4SEASONSでは分解能を緩和し(エネルギー遷移$$E=0$$のとき$$Delta E/E_i=5$$-6%)、さらに高効率の中性子光学デバイスを備えることで試料位置での高い中性子束を実現する。さらに新型FermiチョッパーによるRRM法測定によって測定効率のさらなる向上を図っている。分光器開発に関する最近の進展としては、まず、より幅広い研究が可能になるように散乱角を水平方向に$$30^{circ}$$拡大したことが挙げられる。さらに、2.5m長の$$^3$$He位置敏感型検出器の中性子照射試験,新型チョッパーのスリットパッケージの試作などが進行中である。

口頭

4次元空間中性子探査装置(四季)の開発

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中島 健次; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 鈴谷 賢太郎; 猪野 隆*; 大山 研司*; et al.

no journal, , 

4次元空間中性子探査装置(4SEASONS、四季)は大強度陽子加速器(J-PARC)の核破砕中性子研究施設に建設されるチョッパー型非弾性散乱装置の一つである。本装置は高温超伝導体及び関連物質のダイナミクスの研究を目的としており、入射エネルギー範囲($$E_i=5$$-300meV)や分解能(エネルギー遷移$$E=0$$のとき$$Delta E/E_i=5$$-6%)はこれらの系の観測に必要十分な値を選択している。このように分解能を緩和し、かつ高効率の中性子光学デバイスを備えることで試料位置での高い中性子束を実現する。さらに、新型Fermiチョッパー(MAGICチョッパー)によるRRM法測定によって測定効率のさらなる向上を図り、併せて既存のチョッパー型分光器に比べて2桁高い測定効率の実現を目指している。本発表では、本装置の予想性能及び、最近の開発状況について紹介する。

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