2022 Fiscal Year Research-status Report
音響インピーダンスを考慮した固気液混相多層媒体干渉を用いる新規衝撃波低減手法開発
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21K03849
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大谷 清伸 東北大学, 流体科学研究所, 特任准教授 (80536748)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 衝撃波低減 / 固気液混相多層媒体 / 音響インピーダンス / 光学可視化計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、爆発等に伴う衝撃波圧力の被害から人や建築物の防御等に関連する、医学上、工学上重要な研究課題である衝撃波圧力の低減について、音響インピーダンスを考慮した、固体、液体、気体との混相の多層媒体との干渉による新たな衝撃波圧力低減方法の確立を目的としている。この目的のため、令和4年度は多孔質体として難燃性の不織布と、そして多層網媒体に水液滴を付加した固気液混相多層媒体との衝撃波干渉を行い、衝撃波圧力低減に効果的な干渉方法を明らかにするための実験的な検討を行った。微小爆薬の起爆によって発生させた衝撃波を各干渉媒体と干渉させて、衝撃波干渉挙動を高時間・高空間分解能を有する光学可視化計測および干渉後の衝撃波圧力計測の同時計測によって明らかにした。比較的目の細かなメッシュ数の大きい金網を、一部空間を設けて複数枚重ねた多層網媒体に水液滴を付加した場合、衝撃波ピーク過剰圧、伝播速度の値より干渉後の衝撃波は大幅に減衰する結果となった。しかし、網からの反射衝撃波が強くなり、起爆点付近が始めの衝撃波の後に反射衝撃波による圧力上昇に晒されることが示された。これは水液滴を付加した多層網媒体のみかけの音響インピーダンス値が上がったことによる反射率の増加（透過率の低下）によるものと推察される。次に比較的目の粗いメッシュ数の小さい金網を重ねた多層網媒体に水液滴を付加した条件で衝撃波干渉実験を行い、反射衝撃波を抑えて衝撃波圧力を低減できることが示された。また、難燃性不織布との衝撃波干渉では、ほぼ反射衝撃波を発生させずに、衝撃波圧力を低減できることが示された。固液粒子群干渉による衝撃波低減効果に関する実験結果との比較検証として、粒子群干渉による衝撃波挙動を汎用数値解析ソフトウェアANSYS AUTODYNを用いて数値解析を行い、実験結果を同様の傾向を示す結果が得られた。
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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
令和4年度の研究計画では、多孔質体および網媒体との干渉、および固気液混相多層媒体干渉による衝撃波低減効果の実験的な検証および機序の解明を主としており、実験結果より干渉による衝撃波低減、効果的な条件と機序についてより明らかになってきている。計画していた研究項目に関しては、全て順調に進んでいるため、本研究はおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は、これまで実験研究で得られた各干渉媒体との干渉による衝撃波低減効果について整理し、より詳細に機序解明になるデータを取得しつつ、より効果的な衝撃波圧力低減方法を見いだすための衝撃波干渉実験を実施、検討を行う。そして固気液混相媒体との干渉による衝撃波圧力低減手法確立を行っていく予定である。また、実験結果を数値解析より検証し衝撃波圧力低減手法確立に繋げていく。
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