2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Dynamic Characteristics and Coupling Analysis of Long-span Curved Structures in High Winds
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16H06109
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
張 景耀 名古屋市立大学, 大学院芸術工学研究科, 准教授 (50546736)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 風洞実験 / 内圧 / 連成 / 空間構造 / 大変形 / 流体解析 / 渦法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
軽量かつ効率的に大きな無柱空間を覆う大スパン軽量構造は、体育館やショッピングモールや大型倉庫など大きな内部空間が必要とする構造物によく利用されている。これらの構造物の多くは、大型集客施設であり、災害時の避難所としても指定されるため、非常に重要な社会的存在でもある。大スパン軽量構造は、スパンのわりに非常に軽く、固有振動数が低いため、地震被害が少ない。 一方で、通常の構造物より柔らかく、大変形が起こりやすいため、強風による被害は国内外でも数多く報告されている。
未曾有の強風に備え、大スパン曲面軽量構造の風による振動特性の解明と、より信頼性の高い耐風設計法の確立を目的として、本研究では風洞実験により検証を行いながら、新たな理論的及び数値的連成解析手法の提案を目指している：(1)閉鎖型曲面構造に対し、計画外の開口部を通じて内圧・外圧の連動、構造振動及び空力減衰のメカニズムを理論的に解明し、それらの連成解析モデルを開発する。大変形に対応できるように、流体解析と構造解析を渦法のフレームワークのもとで統一し、新たな流体・固体の連成解析手法を提案する。
上記の研究目的に対して、H２９年度の研究においては、以下の研究成果が得られた。
・カナダ・ウェスタン大学にて実施した縮尺振動模型の自由振動実験および風洞実験の結果を整理して、内外圧と構造振動の連成効果を検証した。また、大変形に伴う体積変化と内圧変動に関する開口部・屋根・内外圧の連成モデルの有効性を、振動数領域において検証した。
・渦法に基づいて、円柱周りの流れに関する二次元流体解析を行い、カルマン渦を再現できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究がおおむね計画通りに進んでいる。また、H29年度で得られた研究成果は、研究目的を達成するのに重要な土台となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H２９年度の成果を踏まえ、自由振動、風による強制振動、開口有無の組合せに対して、振動模型の風洞振動実験における（開口部の外圧、内圧、剛性板の上下変位などの）時刻歴データとの比較により、連成解析モデルによる解析精度を検証する。
また、剥離点や円柱周りの圧力分布などの実験および理論結果との比較により、渦法の精度を検証する。
更に、渦法を用いて、ダウンバーストによる半球状ドームの外圧分布への適用を試みる。
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