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，我们进行了实验来检查玻璃纤维增​​强塑料（GFRP）板和夹层玻璃在物体高速碰撞时的机械行为，目的是评估龙卷风引起的物体与结构碰撞时的损坏程度。我们进行了理论和分析研究。在这项研究中，我们进行了一项实验，将钢球与 GFRP 板和夹层玻璃碰撞，并使用京都大学防灾研究所的冲击测试设备测量响应行为。利用空气炮的压缩空气，以19m/s至91m/s的速度发射三种类型的钢球（255g、535g、1115g），与试验板碰撞，测量板表面的应变。用这种方法测量板面在冲击过程中的瞬时应变的案例屈指可数，且数据极具价值。例如，从 GFRP 板的应变历史中发现，碰撞后立即，正面和背面都被拉伸。这意味着钢球以凹入的方式深入到板中。之后，很明显振动已转变为弯曲振动。这一结果是一个极其重要的发现，因为它通过实验阐明了 GFRP 板的冲击响应。此外，当我们通过改变钢球的尺寸和速度来研究GFRP板的损伤范围和应变时，我们发现板的损伤程度不能仅用碰撞时的能量来解释，而是还取决于物体的质量和尺寸，很明显存在冲击，并且获得了关于抗冲击性能的新知识。在夹层玻璃上也进行了类似的实验，不仅可以从传统的高速相机图像中捕捉到从径向裂纹到周向裂纹的进展，还可以从应变中捕捉到，从而可以更详细地解释断裂机制。此外，我们还尝试使用三维有限元方法对 GFRP 板和夹层玻璃分析重现此冲击测试。结果表明，测试结果可以在一定程度上重现，并且将来可以用数字来证明抗冲击性能。

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