2018 Fiscal Year Research-status Report
トンネル内での爆薬爆発時にトンネル壁面が吸収する爆発エネルギーの定量的な理解
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18K04643
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
保前 友高 富山高等専門学校, 商船学科, 教授 (30470032)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉山 勇太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (30711949)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 爆薬 / 爆風 / トンネル内爆発 / トンネル壁面材料 / トンネル壁面構造 / 被害低減 / 小スケール実験 / 数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．研究の目的：トンネル内で爆薬が爆発した際の壁面による爆発エネルギー吸収メカニズムを解明し，壁面の表面形状や材料と吸収量の関係の定量的な理解を行う。地下通路やトンネル内で爆発した際に発生する爆風は，衝撃波として内部を伝播する。伝播する衝撃波とトンネル壁面の相互作用により，壁面が爆発のエネルギーの一部を吸収する。爆発被害低減化の観点から，壁面のエネルギー吸収のメカニズム解明や定量的な理解は重要である。この問題を解明するため，独自に開発した1g程度の爆薬を使用する室内爆発実験法により，トンネル内爆発の縮小モデル実験を行う。壁面の表面形状や材料の種類を変化させ，トンネル内外の衝撃波の減衰過程を詳細に評価する。得られたデータを独自に開発した数値解析コードを用いて解釈することにより，壁面のエネルギー吸収のメカニズムを解明し定量的に理解する。
２．本年度の成果：①トンネル内部壁材料の要素実験：内壁に用いるポーラス（多孔質）金属材料を調査選定した。テーブルトップ爆発実験手法を用いて，トンネルを模擬した管の内壁にこの多孔質金属を用いた爆風圧計測実験を行った。多孔質金属の配置，孔径を変えて低減効果の評価を行い，多孔質金属を内壁に用いることにより，爆風圧を低減化できることを明らかにした。また，床面にガラスビーズを配置した場合についても評価した。
②独自開発の数値解析コード：これまでトンネル内での爆発解析への妥当性が確認されている数値解析コード（独自開発）の本研究への適用方法とその妥当性を検証した。今年度は，特に多孔質金属のモデル化の調査検討を行った。次年度以降，解析を本格化する。
③トンネル内部壁の表面形状の要素実験：テーブルトップ爆発実験手法を用いて，トンネルを模擬した管の内壁に周期的な溝を設けた爆風圧計測実験を行った。今年度，基礎的な知見が得られため，来年度以降，評価を本格化する。
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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
本研究は，研究実施計画に従い，おおむね順調に進展している。トンネル内部壁材料の要素実験については，多孔質金属による爆風低減効果の詳細な評価を行った。トンネルを模擬した直管内に3種類の孔径の多孔質金属（ニッケル）を種々の配置で設置し，それぞれの実験条件の管出口周囲の爆風圧を評価した。本研究グループで先に明らかにした通り，管内爆発の水による爆風圧低減は，爆発直後の爆風と水の相互作用が支配的な要因である。一方，多孔質金属による爆風圧低減は，管内を出口に向けて一次元的に伝播する爆風と関壁に設置した多孔質金属による相互作用が支配的な要因であることを本研究により明らかにした。また，床面にガラスビーズを配置した場合についても評価した。
数値解析については，これまでトンネル内での爆発解析への妥当性が確認されている数値解析コード（独自開発）の本研究への適用方法とその妥当性を検証した。今年度は，特に多孔質金属のモデル化の調査検討を行った。今年度，上述の通り，トンネル内部壁材料の要素実験に関する実験データが得られたため，次年度以降，解析を本格化する。特に，水と多孔質金属では，爆風圧低減のメカニズムが異なることが考えられることから，今後，数値解析により，メカニズムの検討を行う。
トンネル内部壁の表面形状の要素実験については，テーブルトップ爆発実験手法を用いて，トンネルを模擬した管の内壁に周期的な溝を設けた爆風圧計測実験を行った。今年度，実験手法の確立を行うことができ，基礎的な知見が得られため，来年度以降，評価を本格化する計画である。
また，研究実施計画では，「縮小モデルを用いた最適化実験」「数値解析コードによる実験データの解釈，現象の理解」も挙げられている。いずれも基礎的な知見が得られた後の研究計画であるため，今年度は，着手していないが，これは計画に沿ったものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
トンネル内部壁材料の要素実験については，今年度，多孔質金属，ガラスビーズについての詳細な知見が得られたため，今後は，実用性も考慮し，異なる材料の評価を計画している。具体的には，壁面に金網を設置した場合の爆風圧低減効果を評価する計画である。
数値解析については，今年度得られた実験データを解析し，トンネル内部壁に多孔質金属等を設置した場合の爆風圧低減効果のメカニズムを検討する。
トンネル内部壁の表面形状の要素実験については，今年度，実験手法の確立を行うとともに，基礎的な知見が得られたため，今後，評価を本格化する。具体的には周期的な溝の形状，および間隔等をパラメータとして，爆風圧低減効果に及ぼす影響を評価する計画である。
以上の知見を総合し，本研究の3年目以降に「縮小モデルを用いた最適化実験」「数値解析コードによる実験データの解釈，現象の理解」に取り組む。
また，本研究は，2年目となるため，結果の公表についても，重点的に取り組む。
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| Causes of Carryover |
旅費については，研究代表者が実験実施のため産業技術総合研究所へ出張する回数が計画より1回程度少なく，出張時の滞在日数が計画よりも短かったこと，また，研究成果を発表するため，国内開催の学会へ出席する予定であったが，計画より1回程度少なかったことから金額が小さくなった。いずれも日程調整が不調であったためである。物品費，およびその他（校正作業役務）については，想定していたよりも値引きされた金額で執行することができた。以上のことから次年度使用額が生じた。
今年度は，早期の日程確定を心がけ，計画通り出張を伴う実験を実施する。また研究実施計画に沿い，必要な材料や部品を購入し，計画通り使用する予定である。
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Research Products
(1 results)
