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論文

梁の波動伝播解析におけるTimoshenko係数効果

宮崎 明美; 鶴 秀生*

第56回理論応用力学講演会講演論文集, p.299 - 300, 2007/03

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。

論文

3次元フレーム構造物の波動伝播特性に関する研究; チモシェンコ梁理論の導入

宮崎 明美

構造工学論文集,B, 52B, p.119 - 124, 2006/03

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。従来の振動モデルでは質量が離散的に扱われているため、対象となる周波数範囲に上限が生じ、伝播現象を正確に表現することができない。一方、質量を連続的に扱った振動モデル(連続体モデル)は周波数範囲の制限がなく波動現象も扱えるため、慣性項の影響という観点からは振動・波動現象の忠実な再現が可能である。本研究では、原子力プラント全容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。著者らはこれまで、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開発してきた。本論文では、せん断変形が憂慮される配管系構造物に本手法を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、チモシェンコ梁理論と従来梁理論を比較し、従来梁理論の適用範囲を明示し、本手法の有効性を述べる。

論文

ラチス構造物の波動伝播特性に関する実験的研究

宮崎 明美; 川口 健一*

日本建築学会構造系論文集, 597, p.69 - 76, 2005/11

線材から構成される立体ラチス構造物は近年大規模化・複雑化の傾向にあり、従来の振動解析技術を超えた視点が必要とされている。本研究では定常状態である振動状態へ至る前の過渡状態に着目し、構造物内の波動伝播特性を調査することを目的としている。多くの部材が任意に連結されたラチス構造物を対象とした波動伝播実験が少ないことを踏まえ、本論文では数種類の平板型ラチス構造試験体を用いて行った波動伝播実験の結果について述べている。最初に片持ち梁による予備実験を行い、実験結果及び理論解をもとに平板型ラチス構造試験体を固定するための境界部治具の設計を行った。次に平板型ラチス構造試験体による波動伝播実験を行い、得られた結果よりラチス部材の部材配置及び配置密度と波動伝播特性の関係について考察した。また、連続体平板の実験結果と比較することにより、ラチス構造物特有の減衰特性評価への足がかりを示した。また、連続体平板の結果を理論解と比較し、実験及び測定精度の妥当性を示した。

論文

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

宮崎 明美

Proceedings of 13th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-13) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/05

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。

口頭

The Large-scale numerical simulation of nuclear power plant on ITBL grid infrastructure, 1; System outline

Tian, R.; 宮崎 明美; 松原 仁; 中島 憲宏; 谷 正之

no journal, , 

原子力プラントは、圧力容器,中間熱交換器など多数の複雑な部品からなる大規模組立構造物であり、それぞれが互いに連成することによって外力に抵抗する。したがって、原子力プラントの各部品が他の部品、あるいは全体に及ぼす影響を明らかにすることは、構造工学上極めて重要な課題である。従来、このような問題を取り扱う場合、原子力プラントは、一体構造物と仮定され、各部品間に生じる相互作用力を加味した全体挙動の評価は不可能であった。本研究では、原子炉と一次冷却系に対して、ITBLグリッド環境の利用による部品間接続を加味した三次元有限要素法の構築を試みた。本発表では、ITBLグリッド環境における原子力プラント全体解析実現のためのシステム構成概念、及び、部品間接続の取り扱いについて述べる。

口頭

The Large-scale numerical simulation of nuclear power plant on ITBL grid infrastructure, 2; Numerical simulation results

宮崎 明美; Tian, R.; 松原 仁; 中島 憲宏; 谷 正之

no journal, , 

原子力プラントは、圧力容器,中間熱交換器など多数の複雑な部品からなる大規模組立構造物であり、それぞれが互いに連成することによって外力に抵抗する。したがって、原子力プラントの各部品が他の部品、あるいは全体に及ぼす影響を明らかにすることは、構造工学上極めて重要な課題である。従来、このような問題を取り扱う場合、原子力プラントは、一体構造物と仮定され、各部品間に生じる相互作用力を加味した全体挙動の評価は不可能であった。本研究では、ITBLグリッド環境の利用による部品間接続を加味した三次元有限要素法の構築を試みた。本発表では、静的外力作用時における原子炉と一次冷却系全体構造の応力・ひずみ状態をシミユレーションした結果を示し、原子力プラント全体解析の実現可能性について述べる。

口頭

原子力プラントのための耐震情報管制システム構想,2; 組立構造解析による3次元仮想振動台の構築

宮崎 明美; 鈴木 喜雄; 松原 仁; Tian, R.; 羽間 収; 谷 正之; 中島 憲宏

no journal, , 

原子力プラントは大規模複雑構造物であり、多くの部品から成り立っている。これらの部品の接合部はもっとも損傷の生じやすい箇所のひとつであり、また、その動特性には未解明な部分が多く残されている。3次元仮想振動台システムをこのような原子力プラントの大規模構造解析へ適用させるために、構造物を構成部品単位で独立して扱い、部品間の連成を考慮することで巨大施設の全体解析を可能とする技術(組立構造解析法)を開発し、分散並列環境上にプロトタイプシステムを実装した。本報告では、組立構造解析法の分散並列環境におけるシステム構築について述べ、原子力機構大洗研究開発センターの高温ガス炉(HTTR)の冷却系統を対象とした静的構造解析への適用例を示す。

口頭

Deployment of computational science in nuclear engineering and science with HPC and network technology

中島 憲宏; 鈴木 喜雄; 櫛田 慶幸; 松原 仁; 中島 康平; 谷 正之; 宮崎 明美; Tian, R.; 羽間 収

no journal, , 

国際会議SC06にResearch Exhibitorとして、ブース展示及びデモンストレーションにより、システム計算科学センターの成果を展示し、その説明を行う。主たる展示内容は、システム計算科学センターの研究開発の総括,高度計算機技術開発技術,シミュレーション技術開発技術である。計算機基盤技術としては、AEGIS, 大規模可視化技術のデモを行う。構造解析技術では、組立構造解析手法とHTTRへの適用事例を示す。物理シミュレーションでは、亀裂進展問題,超伝導ナノデバイスに用いられる材料物性シミュレーション技術の展示を行う。バイオ分野では、生命情報解析技術として、データベースと大規模分子シミュレーション技術を展示する。

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