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関 一*; 藤田 聡*; 皆川 佳祐*; 北村 誠司; 渡壁 智祥
Dynamics and Design Conference 2013(D&D 2013)講演論文集(USB Flash Drive), 8 Pages, 2013/08
本研究では、現行耐震評価手法の合理化を目的として、構造物に蓄積されるエネルギーに着目した振動挙動の検討を進めてきた。本報では、構造物に蓄積されるエネルギーに着目し、2質点系モデルの振動実験を行い、総エネルギー入力と破損の相関関係について確認した。
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 山口 彰*; 高田 孝*; 栗坂 健一
日本機械学会論文集,C, 79(804), p.2684 - 2693, 2013/08
Seismic isolation is one of effective and widespread technology that can reduce response acceleration of superstructure. The most popular isolation device is laminated rubber bearing. In general it has linear stiffness against seismic load in the design deformation range. However it has nonlinear stiffness in case of large deformation. That is a hardening property in horizontal direction and a softening property in vertical direction. In the meantime, application of probabilistic safety assessment to seismic evaluation is attracting attention in order to improve seismic resistant reliability. In seismic PSA, accurate numerical simulation is required for not only normal earthquakes but also huge earthquakes that have low occurrence frequency. Therefore to express above-mentioned nonlinearity of rubber bearings is required. Thus this paper describes nonlinear simulation of a seismic isolated structure. Both the hardening characteristics of horizontal direction and the softening characteristics of vertical direction are expressed by multilinear models. Additionally the analysis model of horizontal direction considers a habituation effect of rubber. Response of nonlinear simulation is compared with linear simulation. As a result, it was confirmed that nonlinearity of rubber bearings debases the isolation performance.
藤田 聡*; 皆川 佳祐*; 山口 彰*; 高田 孝*; 栗坂 健一
Proceedings of 15th World Conference on Earthquake Engineering (WCEE-15) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2012/09
In Japan, applications of seismic isolation systems using rubber bearings to new generation Nuclear Power Plants (NPPs) and Fast Breeder Reactors (FBRs) have been considered in order to enhance seismic safety. However, the isolation performance will decline in case of huge earthquakes, because of nonlinearity of both horizontal and vertical restoring characteristics of rubber bearings. In addition, Probabilistic Safety Assessment (PSA) has been introduced to seismic design. However the application of PSA to seismic isolation has not been attempted yet, and accurate seismic response simulation of isolation system required for the application. Authors carried out seismic response analysis that considers both horizontal and vertical nonlinearity of rubber bearing. Influence of nonlinearity of rubber bearing upon response of building was investigated by the analysis.
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 山口 彰*; 高田 孝*; 栗坂 健一
Transactions of the 21st International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-21) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/11
本論文は、免震システムの地震応答解析及び感度解析について述べる。免震システムを構成する積層ゴムは、大きい変位を加えた場合、水平方向においてはハードニング特性を示し、上下方向にはソフトニング特性を示す。そのため、解析では積層ゴムの非線形性を考慮し、水平及び上下方向の非線形性を多直線モデルで表した。質点解析モデルを適用した。まず、積層ゴムの非線形性の建屋応答への影響を調査するために地震応答解析を実施した。次に積層ゴム,オイルダンパ及び建屋のパラメータのばらつきの建屋応答への影響を調査するために、感度解析を実施した。これらの解析の結果、積層ゴムの非線形特性が建屋及び内部設備の応答へ影響を及ぼすことを確認した。
藤田 聡*; 皆川 佳祐*; 山口 彰*; 高田 孝*; 栗坂 健一
Dynamics and Design Conference 2011(D&D 2011)講演論文集(CD-ROM), 7 Pages, 2011/09
確率論的安全評価に使われる地震応答解析において想定を超える入力に対して応答を求める必要がある。免震システムに使われる積層ゴムが想定を超える入力を受けるとその復元力特性において非線形性が生じる。しかし、積層ゴムの非線形性を考慮した地震応答解析手法は未確立である。したがって、本研究ではPSAに基づく免震原子炉建屋の地震応答解析手法の開発を目的とする。本報では復元力における非線形性を考慮した積層ゴムモデルを作成して地震応答解析を行い、積層ゴムの非線形性が建屋応答に与える影響を検討した。その結果、水平方向では地震規模の増大に伴い最大応答加速度の増加傾向が顕著になり、上下方向では最大応答変位の増加傾向が顕著になることがわかった。
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 山口 彰*; 高田 孝*; 栗坂 健一
Dynamics and Design Conference 2011(D&D 2011)講演論文集(CD-ROM), 10 Pages, 2011/09
PSAにおいては地震応答解析によって見積もられた応答が建屋及び免震層の物性値や材料特性のばらつきによって変動する可能性を考慮する必要がある。そこで本報では第1報の地震応答解析で用いた積層ゴムの非線形性を考慮した免震建屋モデルのパラメータの感度解析を行った。各パラメータのばらつきの上下限値として対数標準偏差相当の値を与えて応答を解析し、その結果をばらつき無しの中央値による解析結果と比較した。その結果、非線形性が生じるほど大きい地震規模では、建屋のパラメータのばらつきや積層ゴムのハードニング開始変位及びソフトニング開始荷重のような免震層のパラメータのばらつきは高い感度を有することが示された。これらの感度の高いパラメータに注目してばらつきを詳細に検討することが必要である。
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹
Proceedings of 2009 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2009) (CD-ROM), 7 Pages, 2009/07
Energy balance equation has been proposed as a new seismic design method. The main feature of the energy balance equation is that it explains accumulated information of motion. Therefore energy balance is suitable to investigate influence of cumulative load. We have already conducted a study that applied the energy balance equation to mechanical structure, and confirmed a relationship between input energy and fatigue failure from results of an experiment. In this paper, we investigate differences in input energy for failure. An experimental model whose cross-section has the width of 12 mm and the breadth of 3 mm. The models are damaged by fatigue failure which vibration response under resonance condition causes. Then input energy for failure is calculated from experimental results. Finally the input energy for failure of this experimental model is compared with it of previous experimental model.
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹
Proceedings of 2008 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference (PVP 2008) (CD-ROM), 6 Pages, 2008/08
The ultimate strength of a mechanical structure is investigated from a viewpoint of the energy balance equation. The energy balance is adequate for an investigation into the influence of cumulative load. Authors have already confirmed a relationship between fatigue failure and the input energy from results of experiments using simple single degree of freedom models in a previous study. In this paper, straight pipe models are adopted, and the relationship between fatigue failure and the input energy is investigated. The investigation is implemented by forced vibration experiments that lead the experimental model to fatigue failure. As a result of the experiment, much input energy for failure is needed in case of small input level. This tendency is same as the result of the previous study using simple single degree of freedom model. Therefore it is expected that any actual piping satisfy this tendency, and time for failure can be expected by using energy balance.
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹
Transactions of the 19th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT-19) (CD-ROM), 7 Pages, 2007/08
配管などの機械構造物は通常弾性域内で静的に設計されている。機械構造物は十分な耐震安全性を有しているが、耐震安全性を高めるためにも終局強度を解明することは非常に重要なことである。本研究では、エネルギーの釣合いに基づく手法を用い、塑性域内における応答と振動による疲労損傷を調査している。単純一質点系モデルを用いた振動実験から、エネルギー算出手法の確立と塑性域でのエネルギーの振る舞いを調査し、塑性変形開始とともに塑性ひずみエネルギーが累積されることを確認した。同モデルを用いた振動破損実験より、破損に至るまでの時間が長いほど、破損まで入力されるエネルギーが大きくなる傾向が確認された。また、破損に至るまでに入力されるエネルギーは実験モデルの材質により異なることを確認した。
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹
Proceedings of 2007 ASME Pressure Vessels and Piping Division Conference/8th International Conference on Creep and Fatigue at Elevated Temperatures (PVP 2007/CREEP-8) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/07
配管系の地震時強度評価手法としてエネルギー釣合式に着目した手法を提案し、その有効性を検討している。本論文では、ステンレス鋼と炭素鋼を用いた一次自由度モデルの振動試験を実施し、疲労破損とエネルギの振る舞いを検討した。実験より、入力レベルを小さくしていくと、破損に至るまでの時間が長くなり、結果的に破損に必要となるエネルギ量が大きくなることが確認された。また、破損に至るエネルギ量は材料に依存することを確認した。
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹
no journal, ,
本研究では、原子力施設内の機器・配管の地震時における強度評価手法としてエネルギーの釣合いに着目し、その適応性の検討を行っている。本報では、一質点系モデルの弾塑性振動実験を行い、エネルギーの振る舞いを検討した。
北村 誠司; 岡村 茂樹; 皆川 佳祐*; 藤田 聡*
no journal, ,
原子力施設における機器・配管が、塑性/破壊に至る条件を明確にするため、エネルギーに着目した動的強度評価法の検討を行っている。エルボ要素の動的加振試験結果にエネルギー評価の考え方を適用した結果を報告する。
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹
no journal, ,
配管系の地震時強度評価手法としてエネルギー釣合式に着目した手法を提案し、その有効性を検討している。本報では、一質点系モデルを振動実験により疲労破壊させ、その際のエネルギーの振る舞いを検討した。
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹
no journal, ,
本研究では配管系の地震時強度評価手法としてエネルギー釣合式に着目した手法を提案し、その有効性を検討している。本報では、第3報で行った振動疲労破壊実験の結果を、単位時間あたりの総エネルギー入力増加量や入力加速度レベルに着目して整理し、疲労破壊とエネルギーの関係を検討したので報告する。
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 北村 誠司; 岡村 茂樹
no journal, ,
本研究ではエネルギー釣合式を用いて配管系の動的強度評価を行うことを目的としている。これまで、単純な一質点モデルを用いて振動による疲労破損とエネルギーの関係を調査してきた。本報では直管配管モデルによる振動実験を実施し、エネルギーにより整理した結果を報告する。
山中 隆寛*; 藤田 聡*; 皆川 佳祐*; 金枝 信吾*; 北村 誠司; 渡壁 智祥
no journal, ,
本研究では、地震時に構造物が塑性/破壊に至る条件をエネルギーという累積性のある物理量によって明確化することで、合理的な耐震設計,動的荷重に対する強度評価手法の確立を目的として実施している。本報では、供試体の断面形状が破損に要するエネルギーに与える影響を明らかにするための基礎データを得るべく、実施した振動実験結果について報告する。
皆川 佳祐*; 藤田 聡*; 山口 彰*; 高田 孝*; 栗坂 健一
no journal, ,
ナトリウム冷却高速炉に対し、建屋及び内部機器への地震外力の影響を低減するため免震システムの採用が検討されている。積層ゴムは通常使用範囲において線形剛性を有するが、変形量が大きくなると非線形剛性を示し、水平方向にハードニング、上下方向にソフトニングが生じることが知られている。そこで、積層ゴムの非線形性が建屋及び内部機器へ与える影響をシミュレーション解析により検討した。解析では建屋を質点系モデル、積層ゴムの復元力特性を折線モデルで表現した。地震レベルが大きくなると積層ゴムにハードニングが生じ、建屋応答に影響を与えることを確認した。また、ハードニングにより積層ゴムにかかわるパラメータの地震応答に対する感度が高くなることを確認した。
小黒 優門*; 藤田 聡*; 皆川 佳祐*; 山口 彰*; 高田 孝*; 栗坂 健一
no journal, ,
2006年に改訂された「発電用原子炉施設に関する耐震設計審査指針」において「残余のリスク」の概念が導入され、想定以上の入力に対しての応答の評価が必要とされている。他方、地震入力を低減して耐震裕度を得るための手法として免震構造の適用が検討されており、免震装置として用いる天然ゴム系積層ゴムは想定以上の入力を受けると水平方向の復元力がハードニングと呼ばれる非線形性を生じて応答に悪い影響を与える。したがって、本研究では積層ゴムの非線形性を考慮した免震建屋モデルによる地震応答解析を行い、免震構造が応答に与える影響及び地震規模と積層ゴムの非線形性の関係について検証した。本報では、2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震における福島第一原子力発電所での観測波を使用して地震応答解析を行った。その結果、以下がわかった。(1)免震構造の適用により、建屋の応答加速度は1/10程度に低減できる。(2)積層ゴムのハードニングは今回観測された地震波の5.2倍程度で発生する。
西野 裕之; 藤田 聡*; 皆川 佳祐*; 高田 孝*; 山口 彰*; 栗坂 健一
no journal, ,
上下動に起因する鉛直荷重の変化により生じる剛性ハードニング開始点の変動が応答に与える影響を把握するため、水平動と上下動を連成させ、建屋と機器を独立としたモデルを構築し、入力地震動の大きさを複数設定した地震応答解析を実施し、連成効果を評価した。
関 一*; 藤田 聡*; 小見 俊夫*; 皆川 佳祐*; 北村 誠司; 渡壁 智祥
no journal, ,
地震によって構造物に作用する荷重は、繰返し荷重である場合があり、構造物の疲労破損を考慮した耐震性評価が求められている。本研究は、構造物に蓄積されるエネルギーに着目し、振動挙動の検討を進めてきた。これまでに、数100[g]オーダーの単純一質点系モデルの振動疲労破損とエネルギーの関係を確認した。本報では、実構造物への適応を見据え、数10[kg]オーダーの供試体を用いた振動実験を行い、総エネルギー入力と破損の関係、破損に要するエネルギーと破損箇所付近のひずみの関係について報告する。
