免震要素としての皿ばねの力学的特性の検討; 皿ばねの曲げ剛性に関する構造解析手法の検討

• Material Type: 規格・テクニカルリポート類
• Title: 免震要素としての皿ばねの力学的特性の検討; 皿ばねの曲げ剛性に関する構造解析手法の検討
• Author/Editor: 坂井 哲也; 月森 和之; 森下 正樹
• Publication Date: 1996-12
• Publication Date (W3CDTF): 1996
• Alternative Title: Investigation of mechanical characteristic of coned dish spring as a vertical isolation device; Investigation of structural analysis method of coned dish spring to bending load
• Periodical title: PNC TN9410 97-001
• Target Audience: 一般
• Note (General): 出版タイプ： NA; 機器上下免震構造の一連の研究開発において,上下免震の要素として大型の皿ばねの適用を検討している。ここで,上下免震された機器に水平地震動が入力された場合,系には水平とロッキングの連成振動が生じ,皿ばねには曲げモーメントが負荷される。このため,その際の皿ばねの力学的特性を明らかにする必要がある。そこで本報においては,皿ばね上面にコサイン分布した強制変位を負荷する荷重条件で3次元シェルモデルによるFEM解析を実施し,皿ばねの曲げ荷重による力学的特性の検討を行うと共に,現状において整備されていない皿ばねの曲げ剛性評価手法を新たに開発して,FEM解をリファレンスにその記述性を検討した。以下に,解析的に得られた皿ばねの曲げ荷重に対する力学的特性の知見と,提案した曲げ剛性手法及びその記述性についての検討結果の概要を示す。1.曲げ変位を皿ばねに負荷した場合,軸荷重の増加に伴うたわみの変化は引張り側と圧縮側の「軸荷重-たわみ」関係の非対称性に起因して軸荷重(軸反力)が生じる。よって,振動特性を設計する際には,上部構造重量による軸荷重の他にロッキングの際生じる軸荷重分も考慮に入れて上下方向の皿ばねの剛性を評価する必要がある。2.上下免震構造には上下方向以外の剛性を確保することが求められるが,皿ばねは大きな曲げ剛性を有していることが確認でき,その条件に有効と言える。3.皿ばねの「曲げモーメント-たわみ角」関係においては,全般に非線形性が弱いが,h/t(h:自由高さ,t:板厚)の大きい皿ばねほどたわみ角の進行に伴って曲げ剛性が大きくなっていく挙動を示す。これは設計の明快さ,あるいは安全性の面から考えて好都合と言える。4.皿ばねに加わる曲げ荷重を,周方向に細分割した微少区間において等分布な軸荷重ととらえ,等価円筒半径の概念と「軸荷重-たわみ」関係に関する設計公式を用いて微少区間における軸荷重,及びモーメントを求め,それらを全周に渡り積算することで皿ばねの曲げ荷重に対する「軸荷重-たわみ角」関係,及び「曲げモーメント-たわみ角」関係を求める曲げ評価式を開発した。5.曲げ評価式をFEM解をリファレンスとして検討した結果,適切な等価円筒半径を設定することにより,非常に良好な記述性を有していることが確認できた。; In the series of R\&D on vertical seismic isolation at equipment level, large bore coned dish springs are applied as isolation devices. When the isolated component is subjected to horizontal seismic excitation, a coupled response both in transverse and rocking motion takes place, and the dish springs are loaded with bending moment. Therefore it is necessary to make clear the mechanical characteristic of coned dish springs on against bending moment, which this report is concerned with. The results of the study are summarized as below. (1)When a bending moment is applied a coned dish spring, axial reaction force arises, because of difference of axial load and deflection relationship in compression and tension. Therefore, it is necessary to take this axial load into account in designing vibration characteristic of vertical isolation structure. (2)Vertical seismic isolation devices are required to have large stiffness in the directions other than axial deflection. About stiffness of rotation among them, it was confirmed that coned dish springs have large rotational stiffness, which is favored as vertical isolation devices. (3)The relation between bending moment and deflection angle of coned dish springs generally has linear characteristic. In addition, it was revealed from the close investigation that high h/t (height to thickness ratio) coned dish spring has characteristic that the stiffness of rotation increases with the advance of deflection angle. This tendency is good from clear and safe design standpoint. (4)Equations which estimate stiffness of rotation of coned dish spring was developed using a concept of equivalent cylinder radius. (5)It was confirmed that those equations can describe rotational stiffness of cone dish spring to a reasonable accuracy, when the equivalent cylinder radius is adequately suitably defined.
• Source: /PNC-TN9410-97-001.pdf （fulltext）; https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/PNC-TN9410-97-001.pdf
• Access Restrictions: インターネット公開
• Data Provider (Database): 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• Original Data Provider (Database): 日本原子力研究開発機構 : JOPSS:JAEA Originated Papers Searching System

• Summary, etc.: 機器上下免震構造の一連の研究開発において,上下免震の要素として大型の皿ばねの適用を検討している。ここで,上下免震された機器に水平地震動が入力された場合,系には水平とロッキングの連成振動が生じ,皿ばねには曲げモーメントが負荷される。このため,その際の皿ばねの力学的特性を明らかにする必要がある。そこで本...