たわんだ管に作用する内水圧の真円復元効果に関する研究

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K05878
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 石井 将幸 島根大学, 学術研究院環境システム科学系, 准教授 (50293965)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: たわみ性管 / パイプライン / 内水圧 / 真円復元効果 / 模型実験 / 3次元解析

Outline of Annual Research Achievements

内圧がたわんだ管の断面が真円に戻そうとする作用の確認を行うために，その逆の現象である，外圧が楕円管を押しつぶす現象を実験によって検証した。3Dプリンタで作成した楕円管供試体を3軸圧縮試験機の加圧水槽に入れ，外圧を作用させて生じるひずみを測定した。その結果，長軸端の外縁に引張ひずみが発生しており，楕円管を押しつぶすような曲げが発生していることが確認された。
圧力が小さい領域では，水圧とひずみの関係は長軸端と短軸端の両方で，ほぼ線形であった。しかし圧力が大きくなると，ひずみの増加が鈍り，そして減少に転じた。これは3Dプリンターで制作した供試体の水密性が不十分であり，内部に水が浸入したためであると考えられる。試験中には供試体からの気泡は一切見られなかった一方，試験終了後の減圧中に気泡が供試体から外へ出たことを考えると，供試体の中と外にある程度の圧力差がなければ水や空気の出入りは生じないと推察された。
これと同時に，楕円管供試体を構成する材料の弾性係数を求めるために，JIS K7161-1:2014に基づいた試験を行った。そして得られた弾性係数を用いて3次元有限要素法を実施し，解析結果と実験結果を比較した。両者の結果はおおむね一致したが，ひずみの計算結果にはかなりのメッシュ依存性がみられただけでなく，対称性に基づく対象領域の縮小を行わず，供試体全体を対象としなければ正確な値が得られないことが明らかになった。実験結果と直接的な比較が可能な計算結果が得られているかについては，まだ検討が必要な状況である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

楕円管供試体の水密性が予想に反して不十分であったために，限られた圧力の範囲でしかない水圧とひずみの関係が得られなかった。また3次元有限要素法でひずみの値にメッシュ依存性がみられたため，実験結果と解析結果の照合も不十分な状況にある。

Strategy for Future Research Activity

楕円の形状を変えた供試体を作成し，さらに水密性を確保したうえでの実験を行って，様々な条件における挙動を検証する。これと並行して，正確なひずみの値が得られる3次元有限要素法の要素分割のあり方を明らかにする。これらを踏まえて，内圧の持つ真円復元効果を定式化に取り組む。

Causes of Carryover

外圧試験を行う材料の購入費に充当するため，当該の額を繰り越した。