JP2001132900A - Response analysis method and device for piping system - Google Patents

Response analysis method and device for piping system

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JP2001132900A
JP2001132900A JP31195699A JP31195699A JP2001132900A JP 2001132900 A JP2001132900 A JP 2001132900A JP 31195699 A JP31195699 A JP 31195699A JP 31195699 A JP31195699 A JP 31195699A JP 2001132900 A JP2001132900 A JP 2001132900A
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Japan
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load
analysis
data
piping system
pipe
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Iijima
唯司 飯島
Yoshirou Namita
芳郎 浪田
Satoru Ono
悟 小野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To economically make an analysis incorporating the shape elements of various piping used for a piping system and an analysis in the plastically deformed condition of the piping. SOLUTION: Data related to load and deformation quantity is previously acquired parameter by parameter related to the rigidity of each of various pipelines used for a piping system, and the data is stored in a load-deformation quantity data base. In actually making a response analysis of the piping system, and analytic model composed of finite elements is prepared by setting the rigidity characteristic of each pipeline in the piping system to be analyzed, according to the load-deformation quantity data read from the load-deformation quantity data base. A response analysis device for that purpose comprises an analysis data input device 26, a data processor 27, an information display device 28, a load-deformation quantity data input device 29 and the load-deformation quantity data base 30, and the data processor 27 comprises an analysis data origination means 27a and a response computing means 27b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種プラント施設
の配管系が、地震等の事象による負荷を受けたときの応
答評価のための応答解析に関し、特に、配管系に用いら
れる各配管の形状要素を取り入れた解析や配管が塑性す
る条件での解析を線形解析でなせるようにした応答解析
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a response analysis for evaluating a response when a piping system of various plant facilities receives a load due to an event such as an earthquake, and more particularly, to a shape of each piping used in the piping system. The present invention relates to a response analysis that enables linear analysis to perform analysis that incorporates elements and analysis under conditions where piping is plastic.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種プラント施設の配管系が、地震等の
事象による負荷を受けたときの応答を評価する場合、有
限要素法を用いて配管系をモデル化して応答解析を行な
うことが有効である。有限要素解析で配管系の全体的な
応答を評価する場合、配管系全体の解析モデルを作成す
る必要がある。この解析モデルは、モデル化に伴う作業
量、その解析モデルによる計算のコストなどの観点か
ら、一般的にはビーム要素を用いることが経済的であ
る。ビーム要素でモデル化するためには、通常、配管の
口径と肉厚から計算される断面積、断面2次モーメント
および2次極モーメントを計算し、剛性を定義する。し
かし実際の配管系は、直管の他に曲管や分岐管等のさま
ざまな形状の配管で構成されており、ビーム要素ではこ
れらの形状の特徴を厳密にはモデル化できない。一方、
有限要素法で上記のような配管の形状の特徴をモデル化
するためには、シェル要素やソリッド要素などを用い
て、形状を詳細にモデル化する方法が考えられる。ある
いは、例えばHibbitt, Karlsson &Sorensen, Inc.が提
供している有限要素解析プログラム「ABAQUS」で
は、曲管の変形挙動を模擬するための有限要素が利用可
能であり、そのマニュアル「ABAQUS/Standard User's M
anual, Volume I,II, Version 5 」(1995)に記載されて
いる。その他には、配管の材質が弾性範囲の場合に、フ
レキシビリティファクタと呼ばれる剛性の補正係数によ
り配管の形状効果を考慮する方法が、例えばASME Boile
r and Pressure Vessel Code Section III などで提案
されており、各種プラント施設の配管系の耐震設計に使
用されている。
2. Description of the Related Art When evaluating the response of a piping system of various plant facilities to a load caused by an event such as an earthquake, it is effective to model the piping system using a finite element method and perform a response analysis. is there. When evaluating the overall response of a piping system by finite element analysis, it is necessary to create an analysis model of the entire piping system. It is generally economical to use a beam element for this analysis model from the viewpoint of the amount of work involved in modeling and the cost of calculation by the analysis model. In order to perform modeling using beam elements, generally, a sectional area, a second moment of area, and a second pole moment calculated from the diameter and thickness of a pipe are calculated to define rigidity. However, the actual piping system is composed of pipes of various shapes such as curved pipes and branch pipes in addition to straight pipes, and beam elements cannot precisely model the characteristics of these shapes. on the other hand,
In order to model the characteristics of the pipe shape as described above by the finite element method, a method of modeling the shape in detail using shell elements, solid elements, or the like is conceivable. Alternatively, for example, in the finite element analysis program “ABAQUS” provided by Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc., a finite element for simulating the deformation behavior of a curved tube can be used, and the manual “ABAQUS / Standard User's M
anual, Volume I, II, Version 5 "(1995). In addition, when the material of the pipe is in the elastic range, a method of considering the shape effect of the pipe by a rigidity correction coefficient called a flexibility factor, for example, ASME Boile
It is proposed in r and Pressure Vessel Code Section III, etc., and is used for seismic design of piping systems in various plant facilities.

【0003】また配管の材質が塑性する場合、つまり配
管に塑性変形を生じるような荷重条件を前提とする場合
には、配管に作用する荷重と変形量の関係は線形関係で
ない。そのため応答評価には、例えば直接積分による時
刻歴応答解析法などの非線形解析が必要となる。このよ
うな非線形解析は、一般的に線形解析に比べて計算量が
多く、計算コストが大きなものとなる。配管の材質が塑
性する場合の簡易的な応答評価方法としては、例えば特
開平11−211553号公報に開示の例がある。この
応答評価方法は、配管の塑性部位をばね要素でモデル化
し、塑性した部材の特性を線形近似した剛性と減衰で表
現する方法である。この応答評価方法は、簡易評価法と
しては有効であるが、これを実際に適用するためには、
さまざまな配管の形状や寸法に応じて、塑性した各配管
の特性、あるいはそれを線形近似したデータを使用す
る。なお応答解析に直接関係するものではないが、配管
の設計に関して、例えば特開平7−21231号公報に
開示のような技術があり、また配管の熱応力モニタリン
グに関して、例えば特開平8−15115号公報に開示
のような技術がある。
[0003] When the material of the pipe is plastic, that is, when a load condition that causes plastic deformation of the pipe is assumed, the relationship between the load acting on the pipe and the amount of deformation is not a linear relation. Therefore, the response evaluation requires a non-linear analysis such as a time history response analysis method by direct integration. Such a non-linear analysis generally requires a larger amount of calculation and a higher calculation cost than a linear analysis. As a simple response evaluation method when the material of the pipe is plastic, there is an example disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-211553. This response evaluation method is a method in which a plastic part of a pipe is modeled by a spring element, and the characteristics of a plastic member are expressed by linearly approximated rigidity and damping. This response evaluation method is effective as a simple evaluation method, but in order to apply it,
Depending on the shape and dimensions of the various pipes, the characteristics of each plastic pipe or the data obtained by linearly approximating the properties are used. Although not directly related to the response analysis, there is a technique for designing piping such as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-21231, and for monitoring thermal stress of piping, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-15115. There is a technology such as disclosed in US Pat.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の応
答解析手法には、実際の配管系に現れる直管以外の曲管
や分岐管等の形状効果までは厳密にはモデル化できない
か、またはできたとしても解析のための作業量が膨大に
なるという問題がある。すなわち作業量が比較的少なく
て済むビーム要素による解析モデルを用いる場合には、
ビーム要素が口径と肉厚から計算される断面積、断面2
次モーメントおよび2次極モーメントのみで剛性が定義
されることから形状効果までは厳密にはモデル化できな
いし、一方形状効果の厳密なモデル化を可能とするシェ
ル要素やソリッド要素などを用いる場合には作業量が膨
大なものとなる。また従来の応答解析手法であると、配
管の材質が塑性して配管における荷重と変形量の関係が
線形関係でない条件での解析が非線形解析にならざるを
えず、その作業量が膨大になるという問題もある。
In the conventional response analysis method as described above, it is difficult to accurately model the shape effects of curved pipes and branch pipes other than straight pipes appearing in an actual piping system. Or, even if it is possible, there is a problem that the amount of work for analysis becomes enormous. In other words, when using an analysis model based on beam elements that requires a relatively small amount of work,
Cross-sectional area of beam element calculated from caliber and wall thickness, cross-section 2
Since rigidity is defined only by the second moment and the second polar moment, it is not possible to model strictly the shape effect. On the other hand, when using a shell element or solid element that enables strict modeling of the shape effect, Requires a huge amount of work. In the case of the conventional response analysis method, the analysis under the condition that the relationship between the load and the deformation amount in the pipe is not a linear relationship due to the plasticity of the pipe material is inevitably a non-linear analysis, and the amount of work is enormous. There is also a problem.

【0005】したがって本発明の目的は、配管系に用い
られる各配管の形状要素を取り入れた解析や配管が塑性
する条件での解析を経済的になせるようにした応答解析
装置および方法を提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a response analysis apparatus and method which makes it possible to economically perform an analysis incorporating shape elements of each pipe used in a pipe system and an analysis under conditions where the pipe is plastic. It is in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、有限要素法により配管系の解析モデルを
作成し、この解析モデルに基づいて応答解析を行なう配
管系の応答解析方法において、配管系に用いられる各種
配管の剛性に関するパラメータごとに予め取得して荷重
−変形量データベースに保存されている荷重と変形量の
関係のデータを用いるものとし、この荷重−変形量デー
タベースから読み込んだ荷重−変形量データにより解析
対象の配管系における各配管の剛性特性を設定すること
で、有限要素からなる解析モデルを作成することを特徴
としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a piping system response analysis method in which an analysis model of a piping system is created by a finite element method and a response analysis is performed based on the analysis model. The data on the relationship between the load and the deformation amount obtained in advance for each parameter related to the rigidity of various pipes used in the piping system and stored in the load-deformation amount database is used, and the data is read from the load-deformation amount database. An analysis model composed of finite elements is created by setting rigidity characteristics of each pipe in a pipe system to be analyzed based on load-deformation amount data.

【0007】また上記目的を達成するために本発明で
は、配管系の有限要素法による解析モデルを作成するの
に必要な荷重条件データや解析条件データを入力するた
めの解析データ入力装置と、前記解析モデルを作成する
ためのデータ処理装置とを少なくとも備えた配管系の応
答解析装置において、配管系に用いられる各種配管につ
いてそれぞれの剛性に関するパラメータごとに予め取得
した荷重と変形量の関係のデータを保存する荷重−変形
量データベースを備え、この荷重−変形量データベース
から読み込んだ荷重−変形量データを前記解析データ入
力装置で入力したデータとともに用いることで、有限要
素からなる解析モデルを前記データ処理装置が作成する
ようになっていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides an analysis data input device for inputting load condition data and analysis condition data necessary for creating an analysis model of a piping system by a finite element method; In a response analysis device for a piping system having at least a data processing device for creating an analysis model, data on a relationship between a load and a deformation amount obtained in advance for each stiffness parameter for various types of piping used in the piping system. A load-deformation amount database to be stored is provided, and by using the load-deformation amount data read from the load-deformation amount database together with the data input by the analysis data input device, an analysis model composed of finite elements can be used as the data processing device. Is created.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て説明する。それにあたってまず本発明の背景となる事
項を説明する。本明細書において配管系とは、さまざま
な形状を有する複数の配管と、これを支持する支持構造
物から構成される構造物を意味する。図1には、そのよ
うな配管系の一部として、曲管1の両端に直管2が接続
されてなる部分における変形状態の例を示す。このよう
な配管系が地震等の事象により荷重を受けた際には、曲
管1は曲管3のように変形する。この変形量がある一定
量を越えると、例えば部位4周辺のひずみが材料の弾性
限界を越えて、塑性変形する。図2に、応力−ひずみ曲
線の例を示す。配管に発生する応力が弾性限界である降
伏応力5を越え、曲線6の領域に入ったときに、材料は
塑性する。配管の材質が塑性した場合、配管に作用する
荷重と変形量の関係は、線形関係ではなくなる。
Embodiments of the present invention will be described below. In doing so, the background of the present invention will be described first. In this specification, a piping system means a structure composed of a plurality of pipes having various shapes and a support structure that supports the pipes. FIG. 1 shows an example of a deformed state in a portion where a straight pipe 2 is connected to both ends of a curved pipe 1 as a part of such a piping system. When such a piping system receives a load due to an event such as an earthquake, the curved pipe 1 is deformed like the curved pipe 3. If the amount of deformation exceeds a certain amount, for example, the strain around the portion 4 exceeds the elastic limit of the material and plastically deforms. FIG. 2 shows an example of a stress-strain curve. The material becomes plastic when the stress generated in the pipe exceeds the yield stress 5, which is the elastic limit, and enters the area of the curve 6. When the material of the pipe is plastic, the relationship between the load acting on the pipe and the amount of deformation is no longer linear.

【0009】図3に、配管に作用する繰返し型の荷重の
例を示す。この繰返し型荷重は、例えば荷重の時刻歴波
形が曲線7のように変化する。図4に、このような繰返
し型荷重を受ける場合の配管の荷重と変形量の関係を示
す。配管の材質が塑性した場合の変形量と荷重の関係
は、例えば曲線8のようなループとなる。配管系の応答
評価では、このような配管系を形成する各配管の荷重と
変形量の関係をモデル化することが必要となる。ここで
配管に作用する荷重は、変形方向によって、例えば曲げ
モーメント、ねじりモーメント、軸力、せん断力などと
なり得る。変形量も同様に、変形方向により配管の曲げ
角度、捩り角度、軸方向変形量、せん断変形量などとな
り得る。
FIG. 3 shows an example of a repetitive load acting on a pipe. In the repetitive load, for example, the time history waveform of the load changes as shown by a curve 7. FIG. 4 shows the relationship between the load on the piping and the amount of deformation when receiving such a repetitive load. The relationship between the amount of deformation and the load when the material of the pipe is plastic becomes a loop as shown by a curve 8, for example. In response evaluation of a piping system, it is necessary to model the relationship between the load and the amount of deformation of each piping forming such a piping system. Here, the load acting on the pipe can be, for example, a bending moment, a torsional moment, an axial force, a shear force, or the like, depending on the deformation direction. Similarly, the deformation amount may be a bending angle, a torsion angle, an axial deformation amount, a shear deformation amount, or the like of the pipe depending on the deformation direction.

【0010】図5は、配管系の一例を模式化して示す図
である。各種プラント施設の配管系は、直管9、曲管1
0、分岐管11、レデューサ12それにアンカー13な
どのさまざまな形状の配管と、配管支持構造物14、1
5などから構成されている。この例から分かるように、
配管系を構成する配管にはさまざまな形状の配管が含ま
れており、これらの全てについて荷重−変形量関係を理
論的に定式化し、モデル化することは一般的には困難で
ある。形状の効果を考慮する方法としては、各種配管の
形状を有限要素法によりソリッド要素またはシェル要素
などで詳細にモデル化する方法がある。図6にシェル要
素16を用いた解析モデル例を示し、図7にソリッド要
素17を用いた解析モデル例を示す。しかし図5に示し
たようなさまざまな形状の配管から構成される実際の配
管系を、ソリッド要素やシェル要素でモデル化すること
は、モデル作成に費やす作業量、計算コスト等を考慮し
た場合、効率的ではない。たとえ、詳細にモデル化する
範囲を直管9を除く曲管10や分岐管11などに限定し
たとしても、モデル作成に費やす作業量、計算コスト
は、依然として大きい。そのため例えばビーム要素やば
ね要素のような経済的な要素だけで、曲管や分岐管など
の形状も考慮してモデル化できることが望まれることに
なる。本発明ではこれを可能とするものであり、さらに
は有限要素法のための要素としてビーム要素やばね要素
さえ用いなくても解析モデルの作成を可能とするもので
ある。なおビーム要素18を用いた解析モデル例は図8
のようになる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a piping system. The piping system of various plant facilities is straight pipe 9, curved pipe 1
0, branch pipes 11, reducers 12, and anchors 13 of various shapes, and pipe support structures 14, 1
5 and the like. As you can see from this example,
The piping constituting the piping system includes piping of various shapes, and it is generally difficult to theoretically formulate and model the load-deformation amount relationship for all of them. As a method of considering the effect of the shape, there is a method of modeling the shape of various pipes in detail by a finite element method using solid elements or shell elements. FIG. 6 shows an example of an analysis model using the shell element 16, and FIG. 7 shows an example of an analysis model using the solid element 17. However, modeling an actual piping system composed of various shapes of piping as shown in FIG. 5 with solid elements and shell elements is difficult in consideration of the amount of work required for model creation, calculation cost, and the like. Not efficient. Even if the range to be modeled in detail is limited to the curved pipe 10 and the branch pipe 11 excluding the straight pipe 9, the amount of work and calculation cost spent on model creation are still large. Therefore, it is desired that a model can be modeled by considering only the shape of a curved pipe or a branch pipe using only economical elements such as a beam element and a spring element. In the present invention, this is made possible, and furthermore, an analysis model can be created without using even a beam element or a spring element as an element for the finite element method. An example of an analysis model using the beam element 18 is shown in FIG.
become that way.

【0011】図9に、配管系の応答解析で一般的に用い
られるビーム要素とばね要素からなる解析モデルの一例
を示す。図中の点19は、有限要素法により対象モデル
を有限要素に分割したときの節点を表す。この例では、
配管20をビーム要素でモデル化し、配管支持構造物2
1をばね要素でモデル化している。ただしモデル化にお
けるビーム要素やばね要素の使い方はこの限りではな
く、例えば曲管部分や分岐管部分を回転ばね要素でモデ
ル化することも可能である。図10には、曲管部や分岐
管部を回転ばね要素でモデル化した場合の一例を示す。
この例では、曲管部24と分岐管部25のモデル化にば
ね要素を用いている。従来における各種プラント施設の
配管系の耐震設計では、ビーム要素とばね要素を用いて
配管系をモデル化する場合に、配管の材質が塑性しない
ことを条件にして、フレキシビリティファクタと呼ばれ
る剛性の補正係数によって剛性を補正することで簡易的
に形状の効果を考慮している。しかしフレキシビリティ
ファクタを用いる方法は、比較的に粗い近似であり、必
ずしも高精度な解析を行えるとはいえないし、特に配管
の材質が塑性した場合には、さまざまな配管形状の効果
を定式化し、ビーム要素あるいはばね要素によるモデル
化に反映することは、一般的に困難である。これに対
し、以下に説明するように本発明によれば、配管に作用
する荷重と変形量の関係のデータを予め試験や解析など
によって取得してデータベース化しておき、このデータ
を用いて有限要素法でモデル化した各要素(これは上記
のようにビーム要素やばね要素とされる場合もあるが、
本発明の原理によれば必ずしもそうする必要はない)の
剛性特性に反映するようにしているので、形状効果を有
効に取り入れることができる。また配管の材質が塑性す
る条件の場合でもデータベース化するデータを線形解析
に適する形態とすることが可能であるので、形状効果を
有効に取り入れた解析を線形解析で行うことが可能とな
る。
FIG. 9 shows an example of an analysis model composed of a beam element and a spring element which is generally used in response analysis of a piping system. Point 19 in the figure represents a node when the target model is divided into finite elements by the finite element method. In this example,
The pipe 20 is modeled by beam elements, and the pipe support structure 2
1 is modeled by a spring element. However, the usage of the beam element and the spring element in the modeling is not limited to this, and for example, it is possible to model a curved pipe portion or a branch pipe portion with a rotary spring element. FIG. 10 shows an example in which a curved pipe portion and a branch pipe portion are modeled by rotary spring elements.
In this example, a spring element is used for modeling the curved tube portion 24 and the branch tube portion 25. In conventional seismic design of piping systems of various plant facilities, when modeling piping systems using beam elements and spring elements, the rigidity correction called flexibility factor is corrected on the condition that the piping material is not plastic. The effect of the shape is simply considered by correcting the rigidity by the coefficient. However, the method using the flexibility factor is a relatively rough approximation, and it cannot be said that high-precision analysis can always be performed.In particular, when the material of the pipe is plastic, the effects of various pipe shapes are formulated, It is generally difficult to reflect on modeling by beam elements or spring elements. On the other hand, according to the present invention, as will be described below, according to the present invention, data on the relationship between the load acting on the pipe and the amount of deformation is obtained in advance by a test or analysis and stored in a database, and finite element Each element modeled by the method (this may be a beam element or a spring element as described above,
(It is not necessary to do so according to the principle of the present invention.) Therefore, the shape effect can be effectively incorporated. Further, even in the case where the material of the pipe is plastic, it is possible to make the data to be made into a database suitable for linear analysis. Therefore, it is possible to perform the analysis effectively incorporating the shape effect by the linear analysis.

【0012】図11に、一実施形態による配管系の応答
解析装置を示す。この応答解析装置は、解析データ入力
装置26、データ処理装置27、情報表示装置28、荷
重−変形量データ入力装置29および荷重−変形量デー
タベース30からなり、そのデータ処理装置27は解析
データ作成手段27aと応答計算手段27bからなる。
解析データ入力装置26は、例えば配管系の配置の座標
データ、各配管の肉厚や口径および曲管の曲率半径等の
配管形状データと、固定部などの境界条件データ、地震
荷重、内圧荷重等の荷重条件データおよび応答解析方法
等の解析条件データとを入力するのに用いられる。この
解析データ入力装置26としては、例えばキーボードや
マウスなどを使用する。解析データ作成手段27aは、
解析モデルを作成し、また応答計算のための解析データ
を作成する。この処理には解析データ入力装置26によ
り入力した上記のようなデータが用いられ、特に解析モ
デルの作成には後述する荷重−変形量データベース30
から読み込まれる荷重−変形量データも併せて用いられ
る。応答計算手段27bは応答計算を行なう。この計算
には解析データ作成手段27aが作成した解析データが
用いられる。解析データ作成手段27aと応答計算手段
27bで構成されるデータ処理装置27には、例えばワ
ークステーションやパーソナルコンピュータなどの計算
機を使用する。このデータ処理装置27の解析データ作
成手段27aとしては、例えば市販されているプリ/ポ
ストプロセッサを利用することも可能である。また応答
計算手段27bには有限要素解析プログラムを用いるこ
とができる。情報表示手段28は、各装置で行われるデ
ータの入力、処理の過程、それに結果などを必要に応じ
て表示する。情報表示手段28としては、例えばディス
プレイによる画面表示、プリンタによる出力などがあ
る。
FIG. 11 shows a piping system response analyzer according to one embodiment. This response analysis device comprises an analysis data input device 26, a data processing device 27, an information display device 28, a load-deformation amount data input device 29, and a load-deformation amount database 30. 27a and response calculation means 27b.
The analysis data input device 26 includes, for example, coordinate data of the arrangement of the piping system, piping shape data such as the wall thickness and diameter of each pipe and the radius of curvature of a curved pipe, boundary condition data of a fixed part, seismic load, internal pressure load, and the like. Is used to input the load condition data and analysis condition data such as a response analysis method. As the analysis data input device 26, for example, a keyboard or a mouse is used. The analysis data creation means 27a
Create an analysis model and create analysis data for response calculation. The above-mentioned data input by the analysis data input device 26 is used for this processing. In particular, when creating an analysis model, a load-deformation amount database 30 described later is used.
Load-deformation amount data read from is also used. Response calculation means 27b performs response calculation. For this calculation, the analysis data created by the analysis data creation means 27a is used. A computer such as a workstation or a personal computer is used as the data processing device 27 including the analysis data creation unit 27a and the response calculation unit 27b. As the analysis data creating means 27a of the data processing device 27, for example, a commercially available pre / post processor can be used. A finite element analysis program can be used for the response calculation means 27b. The information display means 28 displays data input performed by each device, a process of processing, a result thereof, and the like as necessary. Examples of the information display unit 28 include a screen display on a display and an output by a printer.

【0013】荷重−変形量データ入力装置29は、荷重
−変形量データを荷重−変形量データベース30に入力
するのに用いられ、荷重−変形量データベース30はこ
れを保存する。荷重−変形量データは、例えば実際に配
管に加振試験を施して得たり、あるいはソリッド要素や
シェル要素によって形状を詳細にモデル化した有限要素
解析により取得することができる。また文献調査などを
行って、そこからデータを引用することも考えられる。
すなわち、その取得方法が何れであっても、形状や寸法
さらには内圧などの配管の剛性に関するパラメータに基
づいて区分けして各種配管ごとに荷重−変形量データを
予め取得してデータベース化しておき、これを解析に用
いるという点に本発明は特徴を持つものである。したが
ってこのような荷重−変形量データは随時取得すること
ができ、取得した場合には荷重−変形量データ入力装置
29により荷重−変形量データベース30に追加した
り、あるいは既存のデータを補正したりする。荷重−変
形量データベース30には、例えばワークステーション
やパーソナルコンピュータのハードディスクなどのデー
タ記憶装置を使用する。荷重−変形量データ入力装置2
9には、解析データ入力装置26と同様に、例えばキー
ボードやマウスなどを使用する。したがってこの荷重−
変形量データ入力装置29には、解析データ入力装置2
6と同じ装置を兼用するようにしても良い。また荷重−
変形量データ入力装置29による入力情報や、荷重−変
形量データベース30のデータは、必要に応じて情報表
示手段28で表示できるようにする。
The load-deformation amount data input device 29 is used to input the load-deformation amount data to the load-deformation amount database 30, and the load-deformation amount database 30 stores the data. The load-deformation amount data can be obtained, for example, by actually performing a vibration test on a pipe, or by finite element analysis in which the shape is modeled in detail by a solid element or a shell element. It is also conceivable to conduct a literature search or the like and cite the data therefrom.
That is, regardless of the acquisition method, the load-deformation amount data is acquired in advance in a database by classifying based on parameters relating to the rigidity of the pipe such as the shape and dimensions and the internal pressure, and for each pipe, The present invention has a feature in that this is used for analysis. Therefore, such load-deformation amount data can be acquired at any time, and when acquired, the load-deformation amount data input device 29 adds the data to the load-deformation amount database 30 or corrects the existing data. I do. For the load-deformation amount database 30, a data storage device such as a hard disk of a workstation or a personal computer is used. Load-deformation data input device 2
For example, a keyboard, a mouse, and the like are used for 9 as in the case of the analysis data input device 26. Therefore, this load-
The deformation data input device 29 includes the analysis data input device 2.
The same device as 6 may be used. Load-
Information input by the deformation data input device 29 and data of the load-deformation data base 30 can be displayed on the information display means 28 as necessary.

【0014】以下に、荷重−変形量データベース30に
保存するデータについて説明する。図25には、荷重−
変形量データベース30を作成する手順を示す。荷重−
変形量データベース30にデータベース化する荷重−変
形量データは、上述したように試験や解析などにより取
得する(図25のステップ67)。取得する荷重と変形
量としては、例えば、配管に作用する荷重の内で最も主
要なものである曲げモーメントとそれによる変形量であ
る曲がり角度が考えられる。図12に、曲管を含む部分
配管系の曲げモーメントと曲げ角度の関係の例を示す。
この例では、曲管を含む配管系に対して、曲管で構成さ
れる平面内に曲げモーメントが作用して、曲げ角度が生
じている。曲管以外に直管や分岐管等についても同様
に、曲げモーメントと曲げ角度が取得するデータとなり
得る。曲管と分岐管の場合には、曲管または分岐管が構
成する平面の内外について、それぞれ曲げモーメントと
曲げ角度が定義できる。このようなデータを取得する場
合のモーメントなどの荷重条件は、時間に対して、単調
に増加させる場合または正弦波的に増減させる場合が考
えられる。図13には、配管に繰り返し型の荷重が作用
した場合の1サイクル分のモーメントと回転角の関係曲
線34を一例として示す。図14には、単調増加型の荷
重が作用した場合の関係曲線35を一例として示す。荷
重−変形量データベース30では、ここに示した例のよ
うな荷重と変形量の関係を配管の剛性に関するパラメー
タに基づいて分類してデータベース化する。
The data stored in the load-deformation amount database 30 will be described below. FIG. 25 shows the load-
A procedure for creating the deformation amount database 30 will be described. Load-
The load-deformation amount data to be converted into a database in the deformation amount database 30 is obtained by the test, the analysis, and the like as described above (step 67 in FIG. 25). As the load and the amount of deformation to be acquired, for example, a bending moment which is the most significant of the loads acting on the pipe and a bending angle which is the amount of deformation due to the bending moment can be considered. FIG. 12 shows an example of a relationship between a bending moment and a bending angle of a partial piping system including a bent pipe.
In this example, a bending moment acts on a piping system including a bent pipe in a plane formed by the bent pipe, thereby generating a bending angle. Similarly, for a straight pipe or a branch pipe other than a curved pipe, the bending moment and the bending angle can be acquired data. In the case of a curved pipe and a branch pipe, a bending moment and a bending angle can be defined for the inside and outside of a plane formed by the bent pipe or the branch pipe, respectively. The load condition such as moment when acquiring such data may be monotonically increased or increased or decreased sinusoidally with respect to time. FIG. 13 shows, as an example, a relationship curve 34 between the moment and the rotation angle for one cycle when a repetitive load is applied to the pipe. FIG. 14 shows an example of the relationship curve 35 when a monotonically increasing load is applied. In the load-deformation amount database 30, the relationship between the load and the deformation amount as in the example shown here is classified based on a parameter relating to the rigidity of the pipe and is made into a database.

【0015】試験や解析などにより得た荷重−変形量デ
ータをデータベース化するについては上記のような曲線
をそのまま用いることも可能である。しかしその場合に
はデータ量が多くなり過ぎ、上記した解析データ作成手
段27aの通常的な処理能力を上回ってしまう場合が多
い。そこで曲線を直線で近似することにより数値に表現
してデータベース化するのが適当である(図25のステ
ップ68)。以下、これについて説明する。図15に
は、単調荷重条件で得られた荷重−変形量関係曲線35
を直線で近似して数値に表現する一例を示す。試験や解
析で得た荷重−変形量関係曲線35を例えば直線36と
直線37からなる2直線で近似する。この場合、直線3
6は剛性Ke、直線37は剛性Kp、そしてこれらの2
直線の境界はモーメントMp38として数値表現でき
る。あるいは図16に示すように、さらに簡単に、第2
剛性Kpを0とし、いわゆる完全弾塑性型の2直線39
と40で近似しても良い。この場合には、弾性剛性Ke
と塑性モーメントMp41で表現できる。繰り返し型の
荷重条件で得られる荷重−変形量関係も同様に、完全弾
塑性型を含む直線近似とすることが可能である。図17
には曲線を直線近似した例を示す。この場合も単調荷重
の場合と同様に、試験や解析などで得た荷重−変形量曲
線34は、弾性剛性Keで定義される直線42と、塑性
後の剛性Kpで定義される直線43、そして塑性モーメ
ントMp44で近似的に数値表現できる。このような直
線による近似方法は、当然、2直線に限らず、多直線に
よる近似方法も可能である。さらに多直線による近似方
法以外に、滑らかな曲線で近似する方法も可能である。
そのようなループ形状の定義方法としては、例えば Wen
モデルやRamberg-Osgoodモデル等の方法が提案されてお
り、利用可能である。この場合には、ループ形状を定義
する幾つかのパラメータをデータベース化することにな
る。
[0015] When the load-deformation amount data obtained by the test or the analysis is compiled into a database, the above-mentioned curve can be used as it is. However, in that case, the data amount becomes too large, and often exceeds the normal processing capacity of the analysis data creating means 27a. Therefore, it is appropriate that the curve is approximated by a straight line and expressed as a numerical value to make a database (step 68 in FIG. 25). Hereinafter, this will be described. FIG. 15 shows a load-deformation amount relationship curve 35 obtained under a monotonic load condition.
Here, an example in which is approximated by a straight line and expressed as a numerical value is shown. The load-deformation amount relationship curve 35 obtained by the test or analysis is approximated by, for example, two straight lines including a straight line 36 and a straight line 37. In this case, line 3
6 is the rigidity Ke, the straight line 37 is the rigidity Kp, and these 2
The boundary of the straight line can be expressed numerically as a moment Mp38. Alternatively, as shown in FIG.
The rigidity Kp is set to 0, and a so-called perfect elastic-plastic type two straight line 39
And 40 may be approximated. In this case, the elastic rigidity Ke
And the plastic moment Mp41. Similarly, the load-deformation amount relationship obtained under the load condition of the repetitive mold can be a linear approximation including a perfect elastoplastic mold. FIG.
Shows an example in which a curve is linearly approximated. In this case, similarly to the case of the monotonic load, the load-deformation curve 34 obtained by the test or the analysis includes a straight line 42 defined by the elastic rigidity Ke, a straight line 43 defined by the rigidity Kp after plasticity, and A numerical value can be approximately expressed by the plastic moment Mp44. Such an approximation method using straight lines is not limited to two straight lines, but an approximation method using multiple straight lines is also possible. In addition to the approximation method using a polyline, an approximation method using a smooth curve is also possible.
As a method of defining such a loop shape, for example, Wen
Methods such as the model and the Ramberg-Osgood model have been proposed and can be used. In this case, some parameters defining the loop shape are stored in a database.

【0016】以上のような配管の荷重−変形量データを
荷重−変形量データ入力装置29により荷重−変形量デ
ータベース30に入力する(図25のステップ69)。
ただ、配管の荷重−変形量データは、配管の形状や寸法
などの配管の剛性に関するパラメータにより異なる。そ
のため配管の荷重−変形量データのデータベースは、こ
れらのパラメータにより分類する必要がある。分類のた
めのパラメータの例を次に示す。 (1)配管の形状 (2)口径 (3)肉厚 (4)曲管の場合は、曲率半径 (5)分岐管ならば、母管と枝管の口径比 (6)内圧 これらのパラメータの内、(2)〜(5)は寸法に関連
するパラメータであり、一般的に言えば、配管の剛性に
関するパラメータには形状と寸法および内圧が主要なも
のとしてある。ただし具体的な個々のパラメータとして
は上記に限らず、必要に応じたパラメータを用いること
ができる。また配管の口径、肉厚等の数値データは、そ
のままデータベース化せずに、例えば直径と肉厚の比と
いうように無次元量で表す方法も有効である。さらに、
データの根拠が分かるように、解析と試験の区別、試験
ならば試験の日時、場所、試験者(機関)、試験方法、
解析ならば解析日時、解析方法、解析プログラムなどを
記録しておいても良い。図18から図20には、荷重−
変形量データベースの例を幾つか示す。
The load-deformation amount data as described above is input to the load-deformation amount database 30 by the load-deformation amount data input device 29 (step 69 in FIG. 25).
However, the load-deformation amount data of a pipe differs depending on parameters related to the rigidity of the pipe such as the shape and dimensions of the pipe. Therefore, it is necessary to classify the database of the load-deformation amount data of the piping based on these parameters. Examples of parameters for classification are shown below. (1) Piping shape (2) Diameter (3) Wall thickness (4) Curvature radius for curved pipes (5) For branch pipes, diameter ratio between mother pipe and branch pipe (6) Internal pressure Among them, parameters (2) to (5) are parameters related to dimensions, and generally speaking, parameters relating to the rigidity of the pipe mainly include shape, dimensions, and internal pressure. However, specific individual parameters are not limited to the above, and parameters as needed can be used. It is also effective to express the numerical data such as the diameter and thickness of the pipe without using a database as it is, and to express it in a dimensionless amount such as the ratio of diameter to thickness. further,
In order to understand the basis of the data, it is necessary to distinguish between analysis and testing.
In the case of analysis, an analysis date and time, an analysis method, an analysis program, and the like may be recorded. 18 to FIG.
Some examples of the deformation amount database are shown.

【0017】図18は、配管形状が直管の場合のデータ
ベースの一例である。この例では配管のパラメータとし
て、配管形状45、直径46、肉厚47、直径と肉厚の
比48および内圧49を用いている。これらのパラメー
タに対して、データベース化している内容は降伏モーメ
ント50と2次剛性51である。図19には、曲管のデ
ータベースの一例を示す。曲管の場合には、直管に比べ
て曲率半径52の項目が追加されている。図20には、
分岐管のデータベースの一例を示す。分岐管の場合に
は、例えば母管53と枝管54を区別し、それぞれの直
径46a、46bと肉厚47a、47bをパラメータと
する。さらに母管と枝管の直径比55をパラメータにす
ることが考えられる。これらのデータベースは、2直線
近似した場合の例であるが、多直線近似ならば、直線の
数に応じてモーメントと剛性をデータベース化すること
になる。 WenモデルやRamberg-Osgoodモデルなどによっ
てループ形状を近似する場合には、それぞれのループ形
状を定義するパラメータの数値をデータベース化する。
このようなデータベースのデータを用いるについては、
対象の配管のパラメータがデータベース化された値と必
ずしも一致していない場合でも、内挿あるいは外挿によ
り、求めたいデータは容易に得ることができる。
FIG. 18 is an example of a database when the pipe shape is a straight pipe. In this example, the pipe shape 45, diameter 46, wall thickness 47, ratio of diameter to wall thickness 48, and internal pressure 49 are used as the pipe parameters. For these parameters, the contents of the database are a yield moment 50 and a secondary rigidity 51. FIG. 19 shows an example of a curved tube database. In the case of a curved pipe, an item of a radius of curvature 52 is added as compared with a straight pipe. In FIG.
3 shows an example of a branch pipe database. In the case of a branch pipe, for example, the mother pipe 53 and the branch pipe 54 are distinguished, and the diameters 46a and 46b and the wall thicknesses 47a and 47b are used as parameters. Further, it is conceivable to use the diameter ratio 55 between the mother pipe and the branch pipe as a parameter. These databases are examples in the case of two-line approximation, but in the case of multi-line approximation, a database of moments and stiffness is created according to the number of straight lines. When a loop shape is approximated by a Wen model or a Ramberg-Osgood model, numerical values of parameters defining each loop shape are stored in a database.
For using such database data,
Even when the parameters of the target pipe do not always match the values stored in the database, the data to be obtained can be easily obtained by interpolation or extrapolation.

【0018】以上に述べたようにしてデータベース化さ
れる各種配管ごとの荷重−変形量データは、解析対象の
配管系における各配管の弾性特性または弾塑性特性をモ
デル化するのに用いられ、それにより得られる解析モデ
ルに基づいて応答解析を行うことができる。その応答解
析は、配管が塑性しない条件の場合であれば線形解析と
なり、配管が塑性する条件の場合であれば非線形解析と
なる。非線形応答解析方法としては、例えば直接積分に
よる時刻歴応答解析法が代表的である。
The load-deformation data for each type of piping, which is made into a database as described above, is used to model the elastic characteristic or the elasto-plastic characteristic of each piping in the piping system to be analyzed. The response analysis can be performed based on the analysis model obtained by the above. The response analysis is a linear analysis if the pipe is not plastic, and a non-linear analysis if the pipe is plastic. A typical example of a nonlinear response analysis method is a time history response analysis method using direct integration.

【0019】しかし非線形解析は一般的には計算コスト
は大きくなる。一方、解析モデルが線形ならば、より経
済的な線形解析で応答解析を行なうことが出来る。そこ
で本発明では、上記のように予め取得してデータベース
化してあるデータを用いるという本発明の原理を利用す
ることで、配管が塑性する条件の場合でも線形応答解析
を行えるようにする。そのために本発明では、配管の材
質が塑性して非線形になっている荷重−変形量関係を線
形近似し、線形剛性と線形減衰でモデル化する方法を用
いる。線形応答解析方法としては、例えばモード解析を
利用したモーダル時刻歴応答解析法、モーダル応答スペ
クトル解析法等が代表的である。図21により、線形化
による近似方法を説明する。曲線56は、試験または解
析で得る塑性後の荷重−変形量関係を示している。弾性
域の荷重−変形量関係を表す直線57の剛性Keに比べ
て、塑性後には剛性は低下する。さらに荷重−変形量関
係は、曲線56のようにループを構成する。このループ
により囲まれる部分58の面積で表されるエネルギーΔ
Eが配管の塑性変形によって1サイクルごとに散逸さ
れ、これにより減衰の増加を生じる。したがって弾性剛
性を低下させた線形剛性と、弾性域の減衰を増加させた
線形減衰により、弾塑性特性を近似することが可能であ
る。
However, the non-linear analysis generally requires a large calculation cost. On the other hand, if the analysis model is linear, response analysis can be performed by more economical linear analysis. Therefore, in the present invention, the linear response analysis can be performed even under the condition that the piping is plastic by utilizing the principle of the present invention that uses the data obtained in advance and made into a database as described above. For this purpose, the present invention uses a method of linearly approximating the load-deformation amount relationship in which the material of the pipe is plastic and non-linear and is modeled by linear rigidity and linear damping. Typical examples of the linear response analysis method include a modal time history response analysis method using modal analysis, a modal response spectrum analysis method, and the like. An approximation method based on linearization will be described with reference to FIG. Curve 56 shows the load-deformation relationship after plasticity obtained by a test or analysis. The rigidity after plasticity is lower than the rigidity Ke of the straight line 57 representing the load-deformation amount relationship in the elastic region. Further, the load-deformation amount relationship forms a loop as shown by a curve 56. Energy Δ represented by the area of the portion 58 surrounded by this loop
E is dissipated every cycle due to plastic deformation of the tubing, which results in increased damping. Therefore, it is possible to approximate the elasto-plastic characteristic by the linear rigidity with reduced elastic rigidity and the linear damping with increased elastic region damping.

【0020】弾塑性特性を近似するための剛性と減衰の
設定方法の例を説明する。近似的に線形化した剛性を計
算する方法には、例えば、次のような方法がある。 剛性の計算方法1:ループを構成する荷重−変形量関係
の最大変形点間、あるいは一方の最大変形点と原点を結
んだ直線の傾きを剛性とする方法。 剛性の計算方法2:数1により剛性Keqを計算する方
法。この剛性の計算方法は一般的にCaugheyの方法と呼
ばれる。
An example of a method for setting rigidity and damping for approximating the elasto-plastic characteristic will be described. Methods for calculating the approximate linearized rigidity include, for example, the following method. Rigidity calculation method 1: A method in which the slope is defined as the slope between the maximum deformation points of the load-deformation amount relationship constituting the loop or the straight line connecting one of the maximum deformation points and the origin. Stiffness calculation method 2: A method of calculating the stiffness Keq by Equation 1. This method of calculating the stiffness is generally called Caughey's method.

【数1】 ここでXは最大変形量、Fはループ形状を表す関数であ
る。図21には、ループ曲線56を、その最大変形点間
を結んだ直線59により近似した例を示す。減衰も同様
に、例えば、次のような方法がある。 減衰の計算方法1:荷重−変形量関係のループ曲線で囲
まれる面積から、1サイクル当たりの散逸エネルギーΔ
Eを求め、数2により配管の減衰比heqを導出する。
(Equation 1) Here, X is the maximum deformation amount, and F is a function representing the loop shape. FIG. 21 shows an example in which the loop curve 56 is approximated by a straight line 59 connecting the maximum deformation points. Similarly, for example, there is the following method. Damping calculation method 1: Dissipated energy per cycle Δ from the area surrounded by the load-deformation-related loop curve
E is obtained, and the damping ratio heq of the pipe is derived from Expression 2.

【数2】 ここでhは弾性域の減衰比を表す。 減衰の計算方法2:数3により減衰比Keqを計算する
方法。この方法は一般的にCaugheyの方法と呼ばれる。
(Equation 2) Here, h represents the damping ratio of the elastic region. Attenuation calculation method 2: A method of calculating the attenuation ratio Keq by Equation 3. This method is generally called Caughey's method.

【数3】 ここでKeは弾性域の剛性を表す。ここまでの例では、
試験や解析で得た荷重−変形量関係の曲線から、直接に
線形剛性と線形減衰を導出する方法を示した。この方法
の他に、はじめに荷重−変形量関係の曲線を多直線によ
り近似し、この多直線を定義するモーメントと剛性から
間接的に線形剛性と線形減衰を設定することも可能であ
る。以下には、荷重−変形量関係の曲線を2直線近似し
て降伏モーメントMpと2次剛性Kpで表した場合に、
上記の剛性の計算方法1と減衰の計算方法1によって線
形近似した剛性Keqと減衰比heqを評価する計算式
の例を示す。
(Equation 3) Here, Ke represents the rigidity of the elastic region. In the examples so far,
A method for directly deriving linear stiffness and linear damping from the load-deformation amount relationship curve obtained in the test and analysis was shown. In addition to this method, it is also possible to first approximate the curve relating to the load-deformation amount with a polyline, and indirectly set the linear rigidity and the linear damping from the moment and the rigidity defining the polyline. In the following, when the curve of the load-deformation amount relationship is approximated by two straight lines and expressed by the yield moment Mp and the secondary rigidity Kp,
An example of a calculation formula for evaluating the stiffness Keq and the damping ratio heq that are linearly approximated by the above-described stiffness calculation method 1 and damping calculation method 1 will be described.

【数4】 (Equation 4)

【数5】 以上に述べたような線形近似方法は、一般的には等価線
形化法と呼ばれる。そして、この等価線形化法により導
出した剛性と減衰は等価剛性や等価減衰と呼ばれる。
(Equation 5) The linear approximation method as described above is generally called an equivalent linearization method. The rigidity and damping derived by this equivalent linearization method are called equivalent rigidity and equivalent damping.

【0021】図22には、線形近似を行なう場合の応答
解析装置の一例を示す。この応答解析装置は、基本的に
は図11の応答解析装置と同様で、解析データ入力装置
26、解析データ作成手段27aと応答計算手段27b
からなるデータ処理装置27および情報表示装置28を
備え、図11の応答解析装置との相違点としては、図1
1の応答解析装置における荷重−変形量データ入力装置
29と荷重−変形量データベース30がそれぞれ線形剛
性・線形減衰データ入力装置60と線形剛性・線形減衰
データベース61で置き換えられていることである。つ
まり材質が塑性する条件でのデータベース化のための荷
重−変形量データとして予め線形剛性と線形減衰に置換
したデータが用いられるという点で相違している。
FIG. 22 shows an example of a response analyzer for performing linear approximation. This response analyzer is basically the same as the response analyzer of FIG. 11, and includes an analysis data input device 26, an analysis data creation unit 27a, and a response calculation unit 27b.
11 is provided with a data processing device 27 and an information display device 28, which are different from the response analysis device of FIG.
The load-deformation amount data input device 29 and the load-deformation amount database 30 in the response analysis device 1 are replaced with a linear rigidity / linear damping data input device 60 and a linear rigidity / linear damping database 61, respectively. In other words, the difference is that data replaced with linear rigidity and linear damping in advance is used as load-deformation amount data for creating a database under conditions where the material is plastic.

【0022】線形剛性・線形減衰データベース61に
は、これまで述べたような方法で導出した線形剛性・線
形減衰データがデータベース化される。線形剛性・線形
減衰データベース61のデータには、線形剛性・線形減
衰データ入力装置60によりデータの追加、あるいは既
存データの修正がなされる。このような線形剛性・線形
減衰データベース61のデータと解析データ入力装置2
6で入力されたデータを用いて、解析データ作成手段2
7aは線形解析モデルと、応答計算のための解析データ
を作成する。そして応答計算手段27bで線形応答計算
を行なう。線形剛性・線形減衰データベース61として
は、例えばワークステーションやパーソナルコンピュー
タのハードディスクなどのデータ記憶装置を使用する。
線形剛性・線形減衰データ入力装置60としては、例え
ばキーボードやマウスなどを使用する。この線形剛性・
線形減衰データ入力装置60は、解析データ入力装置2
6と同じ装置を利用しても良い。また線形剛性・線形減
衰データ入力装置60による入力情報や線形剛性・線形
減衰データベース61のデータは、必要に応じて、情報
表示手段28で表示できるようにすることが望ましい。
図26には、線形剛性・線形減衰データベース61の作
成手順をまとめてある。
The linear stiffness / linear damping database 61 is a database of linear stiffness / linear damping data derived by the method described above. The data of the linear stiffness / linear damping database 61 is added or modified by the linear stiffness / linear damping data input device 60. Such data of the linear rigidity / linear damping database 61 and the analysis data input device 2
6 using the data input in step 6
7a creates a linear analysis model and analysis data for response calculation. Then, a linear response calculation is performed by the response calculation means 27b. As the linear rigidity / linear damping database 61, a data storage device such as a hard disk of a workstation or a personal computer is used.
As the linear rigidity / linear damping data input device 60, for example, a keyboard, a mouse, or the like is used. This linear stiffness
The linear decay data input device 60 is the analysis data input device 2
6 may be used. Further, it is desirable that input information from the linear stiffness / linear attenuation data input device 60 and data of the linear stiffness / linear attenuation database 61 be displayed on the information display means 28 as necessary.
FIG. 26 summarizes the procedure for creating the linear rigidity / linear damping database 61.

【0023】図23には、線形剛性・線形減衰データベ
ース61の一例を示す。この例では、等価剛性62と等
価減衰63がデータベース化されている。これらの等価
剛性や等価減衰は、図24に示すように最大変形量65
に依存するため、最大変形量と対応して等価剛性や等価
減衰を評価する。この場合、配管の曲げ角度や軸方向変
形量などの最大変形量と直接に対応させて、データベー
ス化しても良い。図23の例では、塑性率と呼ばれる無
次元量64を用いてデータベース化している。塑性率と
は、降伏するときの変形量66に対する最大変形量の比
で定義される。以上、線形剛性・線形減衰データベース
の一例を示したが、対象の配管のパラメータがデータベ
ース化された値と一致していない場合でも、内挿あるい
は外挿により、求めたいデータは容易に得ることが出来
る。以上に述べた方法により、線形解析モデルを作成
し、線形解析を行なうことが可能となる。
FIG. 23 shows an example of the linear stiffness / linear damping database 61. In this example, the equivalent rigidity 62 and the equivalent damping 63 are stored in a database. The equivalent rigidity and the equivalent damping are, as shown in FIG.
Therefore, the equivalent rigidity and the equivalent damping are evaluated in correspondence with the maximum deformation amount. In this case, a database may be directly associated with the maximum deformation amount such as the bending angle or the axial deformation amount of the pipe. In the example of FIG. 23, a database is created using a dimensionless quantity 64 called a plasticity factor. The plasticity is defined as the ratio of the maximum deformation amount to the deformation amount 66 when yielding. As described above, an example of the linear stiffness / linear damping database has been described. However, even when the parameters of the target piping do not match the values stored in the database, the data to be obtained can be easily obtained by interpolation or extrapolation. I can do it. According to the method described above, it is possible to create a linear analysis model and perform a linear analysis.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、配管設計での応答評価
のための配管の解析モデルを、精度良くかつ経済的な応
答解析ができるように作成でき、このモデルにより応答
解析を行うことで、配管の応答予測を効率よく実施でき
る。
According to the present invention, a piping analysis model for response evaluation in piping design can be created so as to enable accurate and economical response analysis, and the response analysis is performed using this model. In addition, the response of the pipe can be predicted efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】配管の変形の例についての説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a modification of a pipe.

【図2】配管の応力−歪み関係の例についての説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a stress-strain relationship of a pipe.

【図3】配管に作用する繰り返し型の荷重履歴の例につ
いての説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of a repetitive load history acting on a pipe.

【図4】配管に作用する繰り返し型の荷重と変形量の関
係の例についての説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of a relationship between a repetitive load acting on a pipe and an amount of deformation.

【図5】さまざまな形状の配管と配管支持構造物からな
る配管系の例についての説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of an example of a piping system including various shapes of piping and a piping support structure.

【図6】シェル要素を用いた配管の解析モデルの例につ
いての説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of an example of an analysis model of a pipe using a shell element.

【図7】ソリッド要素を用いた配管の解析モデルの例に
ついての説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of an example of a pipe analysis model using solid elements.

【図8】ビーム要素を用いた配管の解析モデルの例につ
いての説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of an analysis model of a pipe using a beam element.

【図9】ビーム要素とばね要素からなる配管系の解析モ
デルの例についての説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of an analysis model of a piping system including a beam element and a spring element.

【図10】曲管部と分岐管部を回転ばね要素でモデル化
した配管系の解析モデルの例についての説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of an analysis model of a piping system in which a curved pipe portion and a branch pipe portion are modeled by rotary spring elements.

【図11】本発明の一実施形態による配管系の応答解析
装置の構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram of a piping system response analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図12】曲管の変形状態の例についての説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram of an example of a deformed state of a curved tube.

【図13】繰り返し型のモーメント荷重と回転角の関係
の例についての説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of a relationship between a moment load and a rotation angle of a repetitive mold.

【図14】単調増加型のモーメント荷重と回転角の関係
の例についての説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of an example of a relationship between a monotonically increasing moment load and a rotation angle.

【図15】単調増加型のモーメント荷重と回転角の関係
を表す曲線を直線によって近似した例についての説明図
である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of an example in which a curve representing the relationship between a monotonically increasing moment load and a rotation angle is approximated by a straight line.

【図16】単調増加型のモーメント荷重と回転角の関係
を表す曲線を傾きが0の直線を含む2直線によって近似
した例についての説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram of an example in which a curve representing a relationship between a monotonically increasing moment load and a rotation angle is approximated by two straight lines including a straight line having a slope of 0;

【図17】繰り返し型のモーメント荷重と回転角の関係
を表す曲線を直線によって近似した例についての説明図
である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of an example in which a curve representing a relationship between a repetitive moment load and a rotation angle is approximated by a straight line.

【図18】直管部の荷重−変形量データベースの内容例
についての説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram of a content example of a load-deformation amount database of a straight pipe portion.

【図19】曲管部の荷重−変形量データベースの内容例
についての説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram of a content example of a load-deformation amount database of a curved pipe portion.

【図20】分岐管部の荷重−変形量データベースの内容
例についての説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram of a content example of a load-deformation amount database of a branch pipe portion.

【図21】モーメント荷重と回転角の関係を表す曲線を
線形近似した例についての説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram of an example in which a curve representing a relationship between a moment load and a rotation angle is linearly approximated.

【図22】本発明の他の実施形態による配管系の応答解
析装置の構成図である。
FIG. 22 is a configuration diagram of a piping system response analyzer according to another embodiment of the present invention.

【図23】線形剛性・線形減衰データベースの内容例に
ついての説明図である。
FIG. 23 is an explanatory diagram of a content example of a linear rigidity / linear damping database.

【図24】最大変形量と、線形近似した直線の例につい
ての説明図である。
FIG. 24 is an explanatory diagram of an example of a maximum deformation amount and a linearly approximated straight line.

【図25】荷重−変形量データベースの作成手順の例に
ついての説明図である。
FIG. 25 is an explanatory diagram of an example of a procedure for creating a load-deformation amount database.

【図26】線形剛性と線形減衰で線形近似する場合の荷
重−変形量データベースの作成手順の例についての説明
図である。
FIG. 26 is an explanatory diagram of an example of a procedure for creating a load-deformation amount database when linear approximation is performed using linear rigidity and linear damping.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9 直管 10 曲管 11 分岐管 12 レデューサ 13 ノズル 14 配管支持構造物 15 配管支持構造物 16 シェル要素 17 ソリッド要素 18 ビーム要素 19 節点 20 ビーム要素 21 (並進方向の)ばね要素 24 回転ばね要素 Reference Signs List 9 straight pipe 10 curved pipe 11 branch pipe 12 reducer 13 nozzle 14 pipe support structure 15 pipe support structure 16 shell element 17 solid element 18 beam element 19 node 20 beam element 21 (translational) spring element 24 rotary spring element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 悟 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所原子力事業部内 Fターム(参考) 3J071 BB01 CC11 DD13 EE07 EE19 EE29 FF04 FF16 5B046 AA02 DA01 DA02 GA01 GA02 JA07 KA05  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Satoru Ono 3-1-1 Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki F-term in the Nuclear Power Division, Hitachi, Ltd. (Reference) 3J071 BB01 CC11 DD13 EE07 EE19 EE29 FF04 FF16 5B046 AA02 DA01 DA02 GA01 GA02 JA07 KA05

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有限要素法により配管系の解析モデルを
作成し、この解析モデルに基づいて応答解析を行なう配
管系の応答解析方法において、配管系に用いられる各種
配管の剛性に関するパラメータごとに予め取得して荷重
−変形量データベースに保存されている荷重と変形量の
関係のデータを用いるものとし、この荷重−変形量デー
タベースから読み込んだ荷重−変形量データにより解析
対象の配管系における各配管の剛性特性を設定すること
で、有限要素からなる解析モデルを作成することを特徴
とする配管系の応答解析方法。
In a response analysis method for a piping system in which an analysis model of a piping system is created by a finite element method and a response analysis is performed based on the analysis model, a parameter relating to rigidity of various piping used in the piping system is set in advance. The data of the relationship between the load and the deformation amount acquired and stored in the load-deformation amount database shall be used, and the load-deformation amount data read from this load-deformation amount database will be used to analyze each pipe in the piping system to be analyzed. A response analysis method for a piping system, wherein an analysis model including finite elements is created by setting rigidity characteristics.
【請求項2】 配管が塑性する条件での解析をなす場合
には、荷重−変形量データベースに保存するデータとし
て、荷重と変形量の関係を線形剛性と線形減衰に置換し
たデータを用い、これにより線形解析を行えるようにし
た請求項1に記載の配管系の応答解析方法。
2. When an analysis is performed under the condition that a pipe is plastic, data obtained by replacing the relationship between load and deformation with linear rigidity and linear damping is used as data to be stored in the load-deformation database. 2. The response analysis method for a piping system according to claim 1, wherein the linear analysis can be performed by the following.
【請求項3】 配管系の有限要素法による解析モデルを
作成するのに必要な荷重条件データや解析条件データを
入力するための解析データ入力装置と、前記解析モデル
を作成するためのデータ処理装置とを少なくとも備えた
配管系の応答解析装置において、配管系に用いられる各
種配管についてそれぞれの剛性に関するパラメータごと
に予め取得した荷重と変形量の関係のデータを保存する
荷重−変形量データベースを備え、この荷重−変形量デ
ータベースから読み込んだ荷重−変形量データを前記解
析データ入力装置で入力したデータとともに用いること
で、有限要素からなる解析モデルを前記データ処理装置
が作成するようになっていることを特徴とする配管系の
応答解析装置。
3. An analysis data input device for inputting load condition data and analysis condition data required for creating an analysis model of a piping system by a finite element method, and a data processing device for creating the analysis model In a response analysis device for a piping system having at least a load-deformation amount database for storing data of a relationship between a load and a deformation amount obtained in advance for each stiffness parameter for various types of piping used in the piping system, By using the load-deformation amount data read from the load-deformation amount database together with the data input by the analysis data input device, the data processing device creates an analysis model including finite elements. Characteristic piping system response analyzer.
【請求項4】 配管が塑性する条件での解析をなす場合
には、荷重−変形量データベースに保存するデータとし
て、荷重と変形量の関係を線形剛性と線形減衰に置換し
たデータが用いられる請求項3に記載の配管系の応答解
析装置。
4. When the analysis is performed under the condition that the pipe is plastic, data obtained by replacing the relationship between the load and the deformation with linear rigidity and linear damping is used as the data to be stored in the load-deformation database. Item 4. A response analysis device for a piping system according to item 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8911083B2 (en) 2003-05-02 2014-12-16 Vision Crc Limited Calculation of post-lens pressure profile for contact lens

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