2013 Fiscal Year Research-status Report
人工凍結を利用した「高靱性」パイプインパイプの実用化開発
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25420473
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
蟹江 俊仁 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10332470)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 太裕 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00344482)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | パイプインパイプ / 弾塑性挙動評価 / Winklerバネ / ファイバーモデル / 地盤反力係数 |
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| Research Abstract |
(a) 基本性能検証実験
砂を中詰めしたパイプインパイプの曲げ実験を実施し、その曲げモーメント・曲率関係に関する実験を実施した。その結果、次項に述べるメカニズム検証モデルの構築に必要な相当数のデータ集積が行われ、基本メカニズムの解明に大きく前進した。しかし、中詰砂を飽和し完全に凍結させた場合の実験については、飽和度の管理や凍結部分の温度管理にばらつきが見られたため、実験方法も含めて検討を行い、次年度も引き続き実施することとなった。
(b) メカニズム検証モデル
基本性能検証実験で集積されたデータをもとに、そのメカニズムを説明する検証モデルの構築を行った。提案する検証モデルは、中詰砂をWinklerバネに置き換え、外管と内管は微小要素に分割する有限要素モデルであるが、パイプ軸方向の応力・ひずみ関係にはTrilinear型の非線形弾性係数を導入したファイバーモデルとした。その結果、外管と内管との応力伝達も含め、曲げ曲率の小さな弾性領域から、曲げ曲率が非常に大きな塑性領域まで、連続的な挙動の評価が可能となった。このモデルによる挙動評価結果は、前項の実験結果と比較検証し、極めて良い整合性をみせることが確認された。その際、中詰砂に対して設定すべきWinklerバネのバネ定数は、よく締め固めた砂地盤の地盤反力係数にほぼ等しいことが判明した。
これらの成果は、パイプインパイプ構造の曲げ挙動を解明する基本的知見となるものであるが、実験モデルが実用モデルに比べて小さいことから、パイプの直径が大きくなった場合を想定した形状効果について、さらなる検討が必要であると考える。
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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
メカニズム検証モデルの構築とその解析結果は、実験結果と非常によい整合性を見せ、基本的な力学特性が説明できるようになったと考える。また、外管と内管との相互作用についてもWinklerバネで評価できることが判明した上、その値の決め方についても一定の結論が得られたことは、当初予定以上の達成度であったと考える。
しかし、中詰材料を凍結させた場合の実験は、中詰材料の飽和度や凍結温度の管理がきわめて難しく、実験方法に改善が求められる結果となった。
これらを合わせて考えると、概ね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
中詰材料を凍結させた場合の実験方法を見直し、再現性の高い実験となるよう工夫する必要があるが、これと並行して、中詰材が凍結した場合にも適用できるよう、数値解析モデルを改善していく予定である。また、製造方法も視野にいれた具体的な規格作りにも着手し、実用性の向上を目指す予定である。
さらに、パイプインパイプ同士の接続・接合方法についても、具体的な方法を提案し、予定通りの挙動が得られるのかについて、実験・解析の両面から研究を行う予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
試験供試体の作成方法、特に凍結管理方法の改善に関わる基礎的な研究に時間が取られたため、本格的な試験装置の改良と凍結試料による実験開始が遅れたことが原因である。主要な対策案はすでに構築されているため、これを反映した形で供試体の作製と実験装置の改良を行う予定である。
平成25年度に予定していた供試体作成と、実験装置の改良は平成26年度に実施し、年度末には当初予定に沿うよう使用計画を修正する。
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Research Products
(1 results)
