金属系薄板の座屈後繰返し構造特性を応用した軽量化耐震・制振要素の開発

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18560543
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 五十嵐 規矩夫 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 助教授 (40242292)
• Keywords: せん断 / 曲げ / 座屈 / 薄板 / 金属 / 繰返し荷重 / エネルギー吸収 / 耐震

Research Abstract

本研究では,作用するせん断応力度がせん断降伏応力度以下で座屈するような金属系軽量薄板の繰返し履歴挙動に薄板の幅厚比,形状及び周辺枠剛性がどのような影響を及ぼすかを解明することを目的としている.さらにその繰返し挙動をモデル化するとともに,エネルギー吸収能力を明らかにし,繰返し座屈性能評価式を構築する.そして,その成果を応用発展させた具体的な耐震部材・制振部材の開発とその展開を図ることを全体計画としている.このような全体目的,計画の中で,本年度は,幅厚比が比較的大きく弾性座屈応力度が降伏応力度を下回る薄板のせん断応力下における繰返し載荷実験を行い,その荷重変位関係は大変特徴的であり,複雑な挙動を示すことを再確認し,その挙動を明らかにした.
具体的には正方形薄板に対して純せん断応力状態下での繰返し実験を行い,履歴曲線のモデル化を試みた.実験パラメータは,薄板の幅厚比,載荷履歴,周辺境界条件である.幅厚比は,100〜250の間で4種類,載荷履歴は繰返し回数を1回,3回とした2種類,周辺境界条件は,周辺固定支持した境界条件と2辺を固定,他2辺の面内方向を自由とすることで境界条件応力状態を変えた場合の2種類である.これら変数による履歴曲線の違いを比較検討し,個々の履歴特性について考察を加え,影響因子の重要度を明らかにした.またその履歴曲線モデルを構築する上で重要な棚状を呈する耐力と荷重上昇開始点に対して半理論的な考察,裏付けを行なった.併せて,繰返しせん断力を受ける薄板は局部座屈の反転,張力場の形成が交互におき,最終的には中央あるいは角部からのき裂により耐力劣化するため,そこまでの繰返しエネルギー吸収能力および累積最大経験変位との関係を評価した.
これらを通して,薄板の繰返し履歴挙動の安定性並びにエネルギー吸収能力の向上にはある程度の薄板化及び境界条件の自由度増加の有用性を明らかにしている.