| 研究課題/領域番号 |
18K04643
|
|---|
| 研究機関 | 富山高等専門学校 |
|---|
研究代表者 |
保前 友高 富山高等専門学校, 商船学科, 教授 (30470032)
|
|---|
| 研究分担者 |
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)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| キーワード | 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 |
|---|
| 研究実績の概要 |
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：トンネルを模擬した管の内壁材料として多孔質金属を用いた場合の爆風低減効果の孔径への依存性を調べた。多孔質金属の孔径が小さいほど爆風の低減効果が大きい傾向が見られたものの，低減効果に大きな差はないことを明らかにした。
②独自開発の数値解析コード：円筒形爆薬のエッジで生じる斜め衝撃波に関する解析を行い，その伝播過程を理論的に検討した。また，粒子と爆風に関する相互作用に関する解析を行い，爆風から粒子へのエネルギー交換により爆風圧が低減化されることを定量的に示した。
③トンネル内部壁の表面形状の要素実験：トンネルを模擬した管の内壁に周期的な溝を設けた場合の溝の形状，数への依存性を調べた。予想に反して，爆風低減効果は，溝の数には強く依存しないことを明らかにした。また，溝を角管の上下に設置すると，大きな爆風低減効果が得られることを明らかにした。
得られた成果は，今年度，論文１件，学会発表7件で報告した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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。管内に設置した多孔質金属による爆風圧低減は，水による爆風低減と異なるメカニズムを持ち，管内を出口に向けて一次元的に伝播する爆風と管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明らかにした。また，多孔質金属の孔径が小さいほど低減効果が大きくなる傾向があるものの，低減効果に大きな差はない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，爆風と粒子の相互作用が爆風低減化に大きく寄与していることを明らかにした。このように詳細な知見を得られたため，トンネル内部壁材料の要素実験については，ほぼ所期の目標を達した。トンネル内部壁の表面形状の要素実験については，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。溝の数，および形状への依存性について調べたところ，予想に反して，爆風低減効果は，溝の数には強く依存しないことが明らかになった。また，溝を角管の上下に設置すると，大きな爆風低減効果が得られることが明らかになった。
数値解析に関しては，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コードの本研究への適用方法とその妥当性を検証した。その上で，爆風形成に対する爆薬の起爆過程の影響を検討するために，爆薬の反応モデルを考慮した手法を取り入れた。円柱形および平板形の爆薬中を伝播する爆轟波によって空気中に形成される斜め衝撃波に関する解析を行い，その伝播過程を理論的に検討した。また，粒子を考慮した数値解析手法を導入し，爆風と粒子の間で生じる熱伝達や抗力による爆風低減機構を検討し，エネルギー交換量と爆風低減効果に相関があることを定量的に示した。
|
| 今後の研究の推進方策 |
トンネル内部壁の表面形状の要素実験については，爆風圧低減化を支配する主要な形状パラメータをさらに詳細に検討する。前述したように，今年度，溝の数（周期）への依存性について検討したが，数には強く依存しないことがわかっている。一方で，溝の深さ，溝の形状（これまでは凹型の溝を評価したが，▽の形の溝など），管内の溝の設置場所などへの依存性は明らかではない。低減化に最も大きく寄与するパラメータを見出すことは，この要素実験の不可欠な事項であり，これを明らかにする。その上で，トンネル内部壁の材料の要素実験の成果を含めて，これまでの知見を総合し，縮小モデルを用いた最適化実験を実施する。
数値解析については，多孔質金属のモデル化の調査検討を行う。このモデルを用いて，これまでに実施した実験結果の数値解析を行い，多孔質金属による爆風圧低減化の定量的な理解を行う。また，壁面に周期的な溝を設置した場合の数値解析をすすめ，低減化メカニズムの理解を行う。これらの成果は，最終的には，数値解析コードによる実験データの解釈，現象の理解につながる。
また，本研究は3年目となるため，引き続き，結果の公表についても，重点的に取り組む。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
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。
|
