竜巻および竜巻飛来物に起因した都市部の重要構造物に対する被害評価法に関する研究

龙卷风及龙卷飞行物对城市地区重要建筑物损害评估方法研究

• 批准号: 15F15749
• 负责人: 八木 知己
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-10-09 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15749/
• 关键词: 竜巻; 飛来物; 耐衝撃性能; GFRP板; 合わせガラス; 衝撃試験; 有限要素法; 風災害; 飛散物; ガラス繊維強化プラスチック; 衝撃荷重; 過渡応答; 波動伝播; 耐風設計; 飛散物の衝突; ガラス

本研究では，竜巻による飛来物が構造物に衝突した際の損傷評価を目的として，ガラス繊維強化プラスチック（GFRP）の板，ならびに合わせガラスに物体が高速で衝突した際の力学的挙動について，実験的かつ解析的に考察を行った．本研究では，京都大学防災研究所の衝撃試験装置を利用し，GFRP板および合わせガラスに，鋼球を衝突させて応答挙動を計測する実験を行った．エアキャノンにより圧縮空気を利用して，３種類の鋼球（255g，535g，1115g）を19m/s～91m/sで打ち出し，試験板に衝突させ，板表面のひずみを計測した．このように衝撃時の板表面の瞬間的なひずみを計測した事例は数少なく，極めて貴重なデータである．例えば，GFRP板のひずみ履歴から，衝突直後は表面も裏面も伸びていることがわかった．これは鋼球が板に対して凹状に食い込んでいることを意味している．その後，曲げ振動に移行していることが明らかとなった．本結果は，GFRP板の衝撃応答を実験的に明らかにしており極めて重要な知見である．また，鋼球のサイズと速度を変化させて，GFRP板の損傷範囲やひずみの大きさを調査したところ，板の損傷度合は衝突時のエネルギーだけでは説明できず，物体の質量およびサイズにも影響していることが明らかとなり，耐衝撃性能に関する新しい知見が得られた．また，合わせガラスにおいても同様の実験を行っており，放射状の割れから円周状の割れに進行していく様子が，従来の高速度カメラの映像からだけではなく，ひずみからも捉えられており，破壊メカニズムをより詳細に説明することが可能となった．さらに，GFRP板，合わせガラスの両方について，３次元の有限要素法を用いて，この衝撃試験を解析的に再現することも試みている．その結果，試験結果がある程度再現できることが明らかとなっており，今後は耐衝撃性能を数値解析的に示すことが可能となると思われる．

在这项研究中，我们通过实验和分析地研究了与玻璃纤维增​​强塑料（GFRP）板和玻璃相撞的物体的机械行为，并以高速进行了玻璃，目的是评估由于龙卷风而导致的损坏，旨在评估损害。在这项研究中，我们使用了京都大学预防灾难研究所的撞击测试装置，通过与钢球碰撞GFRP板和层压玻璃来衡量反应行为。使用空气炮的压缩空气，以19m/s至91m/s发射了三种类型的钢球（255G，535G，1115G），并与测试板相撞以测量板表面的应变。在撞击过程中瞬时瞬时变形的情况下，测量了板的表面，从而使其非常有价值。例如，GFRP板的应变病史表明，碰撞后立即延伸前后侧。这意味着钢球正在以凹形形状挖入板。后来透露，运动正在转移到弯曲振动。该结果是一个非常重要的发现，因为它可以在实验上清除GFRP板的影响响应。此外，通过改变钢球的尺寸和速度，我们研究了GFRP板的损伤范围和应变大小，并且揭示了撞击时无法通过能量来解释对板的损坏程度，但也影响了对象的质量和大小，从而导致了对撞击阻力的新发现。此外，在层压玻璃上进行了类似的实验，不仅是从传统的高速摄像机的图像中，而且还从扭曲中捕获了从径向裂纹到周向裂纹的进展，从而可以详细解释骨折机制。此外，我们还尝试使用GFRP板和层压玻璃的三维有限元方法来分析该冲击测试。结果，很明显，测试结果可以在一定程度上复制，并且可以预期将来可以在数值上证明抗影响能力。

项目成果

Numerical simulation of wave-controlled impact on composite laminates

复合材料层合板波控冲击的数值模拟

• 发表时间: 2017
• 作者: Amr A. Nassr;Tomomi Yagi;Takashi Maruyama;Gen Hayashi
• 通讯作者: Gen Hayashi

Damage and wave propagation characteristics in thin GFRP panels subjected to impact by steel balls at relatively low-velocities

• DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2017.08.007
• 发表时间: 2018
• 期刊: International Journal of Impact Engineering
• 影响因子: 5.1
• 作者: A. Nassr;A. Nassr;Tomomi Yagi;T. Maruyama;G. Hayashi

Transient dynamic analysis of laminated glass panels under impact loading

冲击载荷下夹层玻璃板的瞬态动力学分析

• 发表时间: 2017
• 作者: Amr A. Nassr;Tomomi Yagi;Takashi Maruyama;Gen Hayashi
• 通讯作者: Gen Hayashi