ニッケル鉱等の粒状貨物の液状化挙動の解明に関する研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25420870
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 前田 正広 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70173713)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉川 孝男 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50380572)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 粒状貨物 / 液状化 / 個別要素法

Outline of Annual Research Achievements

船体動揺時に水分を含有する粒状貨物の流動化挙動を数値計算を用いて把握する手法を構築するために、これまで構築してきた個別要素法に間隙水モデルを導入し、繰り返し動揺下における間隙圧と粒子の挙動を連成させた個別要素法プログラムを開発し、シミュレーションによる流動化現象の再現を目的として解析を実施した。
前年度の流動化実験結果をシミュレートする目的として、砂モデルを矩形水槽にパッキングしたモデルを作成した。解析に要する時間を考慮し、水の体積弾性定数は実際の値より小さな値を使用しているが、限られた解析時間で砂粒子の流動化のシミュレーションに重点を置くために材料定数には特にこだわらずに、解の安定性、収束性を得るために設定した。液状化の要因である過剰間隙水圧に注目するため、水槽モデル内を小さなブロックに分割し、各ブロックに含まれる間隙の水圧の平均値をとり圧力変化を求めた。
解析では動揺周期を３秒、動揺角度１０度として解析を行った。各ブロックの間隙圧は動揺を開始した直後に急に高くなることが分かった。底部付近のブロックの間隙圧ほど圧力が高く、表面付近に近づくにつれて圧力が０に近づいている。
間隙圧と粒子の挙動を連成させた個別要素法により、動揺運動による過剰間隙水圧の変化をとらえることができた。液状化現象を定量的に捉えるには、粒子数、大きさなど各種パラメータの設定などに多くの問題を残しているが船体の動揺運動が粒状貨物の液状化に及ぼす影響を明らかにするためには、個別要素法は有効な手法である考えられる。