JP2011064555A - Earthquake risk evaluation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily perform earthquake risk evaluation on various evaluation objects with high reliability. <P>SOLUTION: For evaluation on the earthquake risk of a predetermined evaluation object, information on an analysis object is read from a storage part 13. A response output when a design input waveform simulating seismic vibration input to the analysis object is input to the object is calculated in accordance with a predetermined calculation formula stored in the storage part 13 (S12, S13). On the basis of the calculated response output and characteristics related to the yield strength of the analysis object, the probability a damage mode will occur in the analysis object is calculated in accordance with the predetermined calculation formula stored in the storage part 13 with at least the response output out of the response output and the yield-stress-related characteristics set to be a random variable (S14). On the basis of the calculated damage probability and information on the degree of influence stored in the storage part 13, a risk evaluation result is created. The created risk evaluation result is output through an output part 12 (S15). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

ここに開示する技術は、地震リスク評価システムに関する。   The technology disclosed herein relates to an earthquake risk assessment system.

近年、地震が発生した際の構造物のリスクを評価する地震リスク評価に対する社会的要請が高まりを見せている。リスク評価方法としては、(1)地震による構造物の損傷の定量化、(2)その結果を用いた地震リスクの評価、の2つのプロセスに大別することができる。前記の(1)のプロセスとしては、例えば、震動台を用いて、実試験により構造物の損傷の程度を定量化することも考えられるが,その場合には、膨大な時間及びコストがかかってしまう。   In recent years, there has been an increasing social demand for seismic risk assessment to assess the risk of structures when an earthquake occurs. Risk assessment methods can be broadly divided into two processes: (1) quantification of damage to structures due to earthquakes, and (2) assessment of earthquake risk using the results. As the process (1), for example, it may be possible to quantify the degree of damage to the structure by an actual test using a shaking table, but in that case, it takes enormous time and cost. End up.

例えば特許文献1には、地震発生時の建物内における被害状況を評価する方法として、予め設定した地震動データ、それに対する建物各階の応答データ、建物内に設置された設置物の諸元や条件等の設置物データ等に基づいて、設置物の移動確率や転倒確率を算出し、その算出した移動確率等に基づいて、被害状況を評価するシステムが開示されている。   For example, in Patent Document 1, as a method of evaluating the damage situation in a building at the time of an earthquake occurrence, pre-set seismic motion data, response data of each floor of the building, specifications and conditions of installations installed in the building, etc. A system is disclosed that calculates the movement probability and fall probability of an installation based on the installation data and the like, and evaluates the damage status based on the calculated movement probability and the like.

特開2007−109107号公報JP 2007-109107 A

ところで、新医薬品の製造販売の承認を受けるには、その「有効性」、「安全性」及び「品質」を裏づけるための試験成績資料を厚生労働省に提出する必要があり、この内、「品質」を裏付けるための試験の一つとして、長期安定性試験がある。この長期安定性試験は、医薬用検体を、予め決められた恒温恒湿状態を保つ室内に、長期間収めて維持、保管をする試験である。この試験では、恒温恒湿状態が、一度でも許容範囲外になり、検体に影響が生じたことが否めない場合には、その医薬用検体が使用不可になることは勿論のこと、それまでに長期に亘って計測した実験データも全く使用することができないという、非常に厳しい要求が課せられている。このような長期に亘る試験であることから、長期安定性試験の実施者及び安定性試験室の製造メーカとしては、地震発生時のリスクを適切に評価すると共に、例えばリスクを回避するような対策を事前に施したいという要求がある。   By the way, in order to receive approval for the manufacture and sale of a new drug, it is necessary to submit to the Ministry of Health, Labor and Welfare test results data to support its “effectiveness”, “safety” and “quality”. There is a long-term stability test as one of the tests for supporting "." This long-term stability test is a test in which a pharmaceutical specimen is stored and stored for a long period in a room that maintains a predetermined constant temperature and humidity condition. In this test, if the temperature and humidity conditions are outside the allowable range even once, and it cannot be denied that the sample has been affected, the drug sample will not be usable. There is a very strict requirement that experimental data measured over a long period of time cannot be used at all. Because this is a long-term test, the person who performs the long-term stability test and the manufacturer of the stability test room should appropriately evaluate the risk at the time of the earthquake and take measures to avoid the risk, for example. There is a request to apply in advance.

一方で、昨今の設計・開発のリードタイム短縮化の動きや、製品開発時における設計変更への迅速な対応等の観点から、安定性試験室のリスク評価に膨大な時間及びコストをかけることは実際上、困難であり、簡易で、しかも高い信頼性を有するリスク評価が求められている。   On the other hand, taking the time and cost to evaluate the risk of the stability laboratory from the viewpoint of recent lead time shortening of design / development and quick response to design change at the time of product development In practice, there is a need for risk assessment that is difficult, simple, and highly reliable.

例えば前記特許文献1に開示されたリスク評価手法は、振動台を用いずに簡易に評価を行い得るという利点がある。しかしながら、特許文献1に開示されたリスク評価手法は、例えば地震発生時に構造物に作用する荷重の大きさや、構造物の耐力(強度)は確定量であるとして転倒確率等の算出を行っている。しかしながら実際には、構造物に作用する荷重の大きさにはばらつきがあり、またその構造物の耐力(例えば強度)等についてもばらつきがあることから、これらのばらつきを考慮しない特許文献1の評価手法は、信頼性の点で劣る。   For example, the risk evaluation method disclosed in Patent Document 1 has an advantage that it can be easily evaluated without using a shaking table. However, the risk evaluation method disclosed in Patent Document 1 calculates a fall probability or the like assuming that the magnitude of the load acting on the structure at the time of the earthquake occurrence or the proof stress (strength) of the structure is a definite amount. . However, in reality, the magnitude of the load acting on the structure varies, and the proof stress (for example, strength) of the structure also varies. Therefore, the evaluation of Patent Document 1 that does not consider these variations The method is inferior in reliability.

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、種々の評価対象についての地震リスク評価を、簡易に、しかも高い信頼性で行うことにある。   The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and the object thereof is to perform an earthquake risk evaluation for various evaluation objects easily and with high reliability.

本願発明者らは、前記の目的に鑑みて、荷重のばらつきや強度のばらつきを考慮すべく、信頼性工学に基づく確率論的な手法を用いるようにし、そのことにより、構造物の損傷が発生する確率を定量化して、振動台等を用いない簡易な評価としつつも、高い信頼性を確保するようにした。   In view of the above-mentioned object, the inventors of the present application use a stochastic method based on reliability engineering in order to take into account variations in loads and variations in strength, thereby causing damage to the structure. Quantification of the probability of performing high-reliability while ensuring a simple evaluation without using a shaking table.

ここに開示する地震リスク評価システムは、所定の評価対象の地震リスクを評価する地震リスク評価システムである。システムは、ユーザが操作可能に構成されて、当該操作に対応した情報を出力する入力部、各種の情報を、前記ユーザが認識可能に出力する出力部、各種情報を記憶する記憶部、及び、前記入力部、出力部及び記憶部に対し情報の授受可能に接続され、各種の演算を実行する演算処理部、を備える。   The earthquake risk evaluation system disclosed here is an earthquake risk evaluation system that evaluates an earthquake risk of a predetermined evaluation target. The system is configured to be operable by a user, an input unit that outputs information corresponding to the operation, an output unit that outputs various types of information so that the user can recognize, a storage unit that stores various types of information, and An arithmetic processing unit is connected to the input unit, the output unit, and the storage unit so as to be able to exchange information, and executes various types of calculations.

前記記憶部は、地震発生時に損傷を受けることによって、前記評価対象に影響を及ぼし得る解析対象物に関する情報を記憶している。また、前記演算処理部は、前記解析対処物に関する情報を前記記憶部から読み込み、前記解析対象物に入力される地震動を模擬した設計用入力波形が前記解析対象物に入力されたときの応答出力を、前記記憶部に記憶されている所定の応答算出式に従って算出する。   The said memory | storage part has memorize | stored the information regarding the analysis target object which may affect the said evaluation object by receiving damage at the time of the occurrence of an earthquake. The arithmetic processing unit reads information related to the analysis object from the storage unit, and outputs a response when a design input waveform simulating a seismic motion input to the analysis target is input to the analysis target. Is calculated according to a predetermined response calculation formula stored in the storage unit.

前記演算処理部はまた、前記算出した応答出力と、前記解析対象物の耐力に関連する特性とに基づき、前記応答出力及び耐力に関連する特性の内、少なくとも応答出力を確率変数として、前記解析対象物に損傷モードが発生する確率である損傷確率を、前記記憶部に記憶されている所定の確率算出式に従って算出する。そうして、前記演算処理部は、前記算出した損傷確率と、前記記憶部に記憶されている前記解析対象物に損傷モードが発生したときの価値損失の大きさを表す影響度の情報と、に基づくリスク評価結果を作成し、前記作成したリスク評価結果を、前記出力部を通じて出力する。   The arithmetic processing unit is also configured to perform the analysis using at least the response output as a random variable among the characteristics related to the response output and the strength based on the calculated response output and the properties related to the strength of the analysis target. A damage probability, which is a probability of occurrence of a damage mode in the object, is calculated according to a predetermined probability calculation formula stored in the storage unit. Then, the arithmetic processing unit, the calculated damage probability, the information of the influence degree representing the magnitude of the value loss when the damage mode occurs in the analysis object stored in the storage unit, The risk assessment result based on the above is created, and the created risk assessment result is output through the output unit.

この構成では、解析対象物に設計用入力波形が入力されたときの、換言すれば地震動が入力されたときの応答出力を算出すると共に、その応答出力と、前記解析対象物の耐力に関連する特性との内の、少なくとも応答出力を確率変数として、解析対象物に損傷モードが発生する確率を算出する。ここで、解析対象物の耐力に関連する特性には、例えば当該解析対象物の材料特性(せん断強度や曲げ強度、後述する初通過破壊に関係する)及び最大静止摩擦係数(後述する滑動に関係する)が含まれる。   In this configuration, the response output when the design input waveform is input to the analysis object, in other words, the earthquake motion is input, is calculated, and the response output is related to the strength of the analysis object. Of the characteristics, at least the response output is used as a random variable, and the probability that a damage mode occurs in the analysis target is calculated. Here, the characteristics related to the proof stress of the analysis object include, for example, the material characteristics of the analysis object (related to shear strength and bending strength, first pass fracture described later) and the maximum static friction coefficient (related to sliding described later). Included).

つまり、演算処理部は、応答出力にばらつきを有する、又は、応答出力と、材料特性や最大静止摩擦係数との双方にばらつきを有するとして損傷確率を算出する。   That is, the arithmetic processing unit calculates the damage probability assuming that the response output varies, or both the response output and the material characteristics and the maximum static friction coefficient vary.

こうして、応答出力(及び耐力に関連する特性)のばらつきを考慮した、確率論的な手法により算出した損傷確率と影響度の情報とに基づいて、リスク評価を行うことで、リスク評価を定量的に行い得る。このことは、リスク評価の信頼性を高め得る。   In this way, risk assessment is quantitative by performing risk assessment based on damage probability and impact information calculated by a probabilistic method that takes into account variations in response output (and characteristics related to proof stress) Can be done. This can increase the reliability of the risk assessment.

また、振動台等を用いないことで、地震リスク評価を簡易かつ短時間で行い得る。   Further, by not using a shaking table or the like, earthquake risk evaluation can be performed easily and in a short time.

前記演算処理部は、単一回の地震動に起因する損傷モードとして、初通過破壊、滑動、及び転倒の内の少なくとも1つの損傷モードの発生確率を算出する、としてもよい。   The arithmetic processing unit may calculate a probability of occurrence of at least one damage mode among first-pass destruction, sliding, and falling as a damage mode caused by a single earthquake motion.

こうすることで、地震発生時の解析対象物の損傷の発生を適切に評価して、地震リスク評価の信頼性が高まる。ここで初通過破壊としては、対象物に作用するせん断力がせん断強度を超えることによる破壊、及び、対象物に作用する曲げの力が曲げ強度を超えることによる破壊を含むとし、滑動(地震時に入力地震力を受けることによって、対象物が元の場所から移動をする現象)としては、地震外力が最大静止摩擦力を上回ったときに、対象物が滑動した、としてもよく、また、転倒(地震時に入力地震力を受けることによって、対象物がある支点を中心として回転運動をする現象)としては、静的加速度を用いた判定条件を利用してもよい。   In this way, the occurrence of damage to the analysis object at the time of the earthquake is appropriately evaluated, and the reliability of the earthquake risk evaluation is increased. Here, the first-pass failure includes failure due to the shear force acting on the object exceeding the shear strength and failure due to the bending force acting on the object exceeding the bending strength. The phenomenon that the object moves from its original location by receiving the input seismic force) may be that the object slides when the seismic external force exceeds the maximum static frictional force. A determination condition using static acceleration may be used as a phenomenon in which an object receives an input seismic force during an earthquake and causes the object to rotate around a certain fulcrum.

前記演算処理部は、複数回の地震動に起因する損傷モードとして、累積損傷破壊の発生確率を算出する、としてもよい。   The arithmetic processing unit may calculate a probability of occurrence of cumulative damage destruction as a damage mode caused by a plurality of earthquake motions.

こうすることで、地震発生時の解析対象物の損傷の発生を適切に評価して、地震リスク評価の信頼性が高まる。ここで、累積損傷破壊は疲労破壊と考えてもよく、その寿命評価は、後述する累積損傷度の概念を用いて行ってもよい。   In this way, the occurrence of damage to the analysis object at the time of the earthquake is appropriately evaluated, and the reliability of the earthquake risk evaluation is increased. Here, the cumulative damage fracture may be considered as fatigue fracture, and the life evaluation may be performed using the concept of cumulative damage degree described later.

また前記演算処理部が、単一回の地震動に起因する損傷モードと複数回の地震動に起因する損傷モードとに分けて損傷確率を算出するは、地震リスク評価の信頼性をさらに高め得る。   In addition, when the calculation processing unit calculates the damage probability by dividing into a damage mode caused by a single earthquake motion and a damage mode caused by a plurality of earthquake motions, the reliability of the earthquake risk evaluation can be further improved.

前記演算処理部は、リスク評価として、各解析対象物についての損傷の発生確率と影響度とを含むFMEAワークシートを作成し、地震発生時に、前記評価対象の損傷を生じ得るイベントの発生プロセスを、イベントツリー解析と前記FMEAワークシートとの組み合わせによって解析して、前記イベントの発生確率及び当該イベント発生による影響度を算出する、としてもよい。   The arithmetic processing unit creates an FMEA worksheet including the probability of occurrence and the degree of influence of damage for each analysis object as a risk evaluation, and performs an event generation process that can cause damage to the evaluation object when an earthquake occurs The event tree analysis and the FMEA worksheet may be combined to calculate the event occurrence probability and the degree of influence due to the event occurrence.

評価対象が損傷を受け得るイベントは、一つの解析対象物が損傷モードを生じることにより、及び/又は、複数の解析対象物の損傷モードが組み合わされることによって、発生し得る。イベントツリー解析とFMEAワークシートとの組み合わせにより、評価対象が損傷に至るまでのプロセスが明確化されて、イベントの発生確率(換言すれば、評価対象の損傷発生確率)及びそれによる影響度が、それぞれ定量化される。   An event that may cause damage to the evaluation object may occur when one analysis object generates a damage mode and / or when a plurality of analysis object damage modes are combined. The combination of the event tree analysis and the FMEA worksheet clarifies the process until the evaluation target is damaged, and the occurrence probability of the event (in other words, the probability of damage occurrence of the evaluation target) and the degree of influence due thereto are as follows: Each is quantified.

前記演算処理部は、前記イベントの発生確率を震度階級毎に算出すると共に、前記イベントの発生確率、当該イベント発生による影響度及び震度階級の3つのパラメータを含むリスクマトリックスを作成し、これを前記出力部を通じて出力する、としてもよい。   The arithmetic processing unit calculates the occurrence probability of the event for each seismic intensity class, and creates a risk matrix including three parameters of the event occurrence probability, the influence degree due to the event occurrence, and the seismic intensity class, It is good also as outputting through an output part.

このリスクマトリックスによって、発生確率と影響度との、リスクを構成する2つの影響を考慮したリスク評価が可能になる。   This risk matrix makes it possible to evaluate the risk in consideration of the two effects constituting the risk, the occurrence probability and the degree of influence.

前記記憶部は、前記解析対象物が設置されている床面の定常振動の時刻歴加速度データの計測値と、地震動の経時特性を示す所定の関数と、を記憶しており、前記演算処理部は、前記計測値と前記関数とを組み合わせた波形を作成すると共に、前記入力部を通じて設定入力された震度階級に応じて、前記波形の振幅を増幅することによって、前記設定入力された震度階級に対応する、前記設計用入力波形を作成する、としてもよい。   The storage unit stores a measurement value of time history acceleration data of stationary vibration of a floor surface on which the analysis object is installed, and a predetermined function indicating secular characteristics of seismic motion, and the arithmetic processing unit Creates a waveform that combines the measured value and the function, and amplifies the amplitude of the waveform according to the seismic intensity class that is set and input through the input unit. The corresponding input waveform for design may be created.

こうすることで、簡易にかつ、精度良く、設計用入力波形を作成し得る。   By doing so, a design input waveform can be created easily and accurately.

前記評価対象は、所定の検体の保存安定性を試験するための環境試験装置である、としてもよい。   The evaluation target may be an environmental test apparatus for testing the storage stability of a predetermined specimen.

以上説明したように、前記の地震リスク評価システムは、解析対象物の応答出力(及び耐力に関連する特性)のばらつきを考慮して、確率論的な手法により算出した損傷確率と、解析対象物に損傷モードが発生したときの価値損失の大きさを表す影響度の情報と、に基づいて、評価対象のリスク評価を行うことで、リスク評価を定量的に行い得るようになり、リスク評価の信頼性を高め得る。また、振動台等を用いないことで、地震リスク評価が簡易になる。   As described above, the earthquake risk evaluation system described above is based on the probability of damage calculated by a probabilistic method in consideration of variations in response output (and characteristics related to proof stress) of the analysis object, and the analysis object. The risk assessment can be performed quantitatively by performing the risk assessment of the assessment target based on the information on the degree of impact that represents the magnitude of the value loss when the damage mode occurs in the Reliability can be improved. Moreover, earthquake risk assessment is simplified by not using a shaking table or the like.

地震リスク評価手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an earthquake risk evaluation procedure roughly. 地震リスク評価システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an earthquake risk evaluation system. 地震リスク評価システムが有する機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block which an earthquake risk evaluation system has. 設計用入力波形の作成手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the preparation procedure of the input waveform for design. 時刻歴応答解析の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a time history response analysis. 初通過破壊の発生確率を算出する手順(単一シナリオ地震に関する評価手法)を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure (evaluation method regarding a single scenario earthquake) which calculates the generation probability of the first passage failure. 滑動の発生確率を算出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the generation | occurrence | production probability of sliding. 転倒の発生確率を算出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the occurrence probability of a fall. P−S−N曲線の概念図である。It is a conceptual diagram of a PSN curve. 累積損傷破壊の発生確率を算出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the generation | occurrence | production probability of a cumulative damage destruction. 各イベントの発生確率の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the generation probability of each event. Seismic P−FMEAのワークシートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the worksheet of Seismic P-FMEA. リスク抽出表の一例である。It is an example of a risk extraction table. S−P−FMEAとETとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between SP-FMEA and ET. リスクマトリックスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a risk matrix.

以下、地震リスク評価システムの実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図1は、地震リスク評価の概略的な手順を示すフローチャートである。この実施形態では、医薬品の長期安定性試験を行う試験室に係る地震リスク評価を例に説明をする。但し、リスク評価の対象は長期安定性試験室に限定されるものではない。ここに開示する地震リスク評価手法は、様々な対象の地震リスク評価に適用することが可能である。   Hereinafter, an embodiment of an earthquake risk evaluation system will be described based on the drawings. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature. FIG. 1 is a flowchart showing a schematic procedure for earthquake risk evaluation. In this embodiment, an explanation will be given by taking as an example an earthquake risk assessment relating to a laboratory that conducts a long-term stability test of pharmaceutical products. However, risk assessment is not limited to long-term stability laboratories. The earthquake risk evaluation method disclosed here can be applied to earthquake risk evaluation of various objects.

この評価手法の手順において、最初のステップS11では、例えば、リスク評価の対象の決定、を含む、リスク評価の機能要求を決定する。この機能要求には、決定した機能要求に基づいて、リスクの評価対象に関連する機器や配管等の解析対象物の選定も含まれる。   In the procedure of this evaluation method, in the first step S11, a function request for risk evaluation including, for example, determination of a risk evaluation target is determined. This function request includes selection of an analysis object such as equipment and piping related to the risk evaluation target based on the determined function request.

続くステップS12では、解析対象物の地震時の振動応答を解析する上で必要となる、設計用入力波形を作成する。この設計用入力波形は、地震動に起因して解析対象物に入力される振動外力であり、後述するように、この地震リスク評価手法では、解析対象物の振動解析として、時刻歴応答解析を採用することから、設計用入力波形として、時刻歴波形を作成する。尚、詳細は後述するが、この設計用入力波形の作成ステップS12は、解析対象物が設置される床面の振動を決定するステップ(S121)と、地震動を決定するステップ(S122)とを含む。   In the subsequent step S12, a design input waveform necessary for analyzing the vibration response of the analysis target object during the earthquake is created. This design input waveform is the vibration external force that is input to the analysis object due to the earthquake motion. As will be described later, this earthquake risk assessment method adopts time history response analysis as the vibration analysis of the analysis object. Therefore, a time history waveform is created as the design input waveform. Although details will be described later, the design input waveform creation step S12 includes a step (S121) of determining the vibration of the floor surface on which the analysis target object is installed and a step of determining the earthquake motion (S122). .

設計用入力波形が作成されれば、続くステップS13で、解析対象物の応答解析及び固有値解析を行う。ここでの振動解析は、FEM(Finite Element Method:有限要素法)を用いて時刻歴応答解析を行う。このステップS13には、解析対象物のFEMモデルを作成するステップ(S131)と、解析対象物の応答解析を行うステップ(S132)とが含まれる。   When the design input waveform is created, in a subsequent step S13, response analysis and eigenvalue analysis of the analysis object are performed. The vibration analysis here performs time history response analysis using FEM (Finite Element Method). This step S13 includes a step of creating an FEM model of the analysis object (S131) and a step of performing response analysis of the analysis object (S132).

解析対象物の応答解析が完了すれば、その結果に基づいて、損傷モード別の評価を行う(ステップS14)。詳しくは後述するが、このステップS14では、複数の損傷モードを設定しており(ステップS141)、各解析対象物について、予め設定した各損傷モードの評価式に従って損傷モードの発生確率を算出する(ステップS142)。   If the response analysis of the analysis object is completed, evaluation for each damage mode is performed based on the result (step S14). As will be described in detail later, in step S14, a plurality of damage modes are set (step S141), and the probability of occurrence of the damage mode is calculated for each analysis object according to the evaluation formula for each damage mode set in advance ( Step S142).

損傷モード別の評価が完了すれば、その結果に基づいて、評価対象の地震リスク評価を行う(ステップS15)。この地震リスク評価は、ETA(Event Tree Analysis)及びFMEA(Failure Mode and Effect Analysis)を利用し、算出した各損傷モードの発生確率の評価と影響度評価とを組み合わせることによって行う(ステップS151,S152)。尚、ここでのFMEAは、一般的なFMEAを基に、地震時のリスク評価に特化したSeismic Probability FMEA(S−P−FMEA)とする。   If the evaluation for each damage mode is completed, the earthquake risk evaluation to be evaluated is performed based on the result (step S15). This seismic risk evaluation is performed by combining ETA (Event Tree Analysis) and FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) and combining the evaluation of the occurrence probability of each damage mode and the impact evaluation (steps S151 and S152). ). Note that FMEA here is Seismic Probability FMEA (SP-FMEA) specialized in risk assessment during earthquakes based on general FMEA.

図2は、地震リスク評価システム1(以下、単にシステム1ともいう)の構成の一例を示している。このシステム1は、ユーザが操作を行うことによって、各種の情報をシステム1に対して入力可能なキーボードやポインティングデバイス、及び/又は、各種の計測機器等によって計測した計測値をシステム1に対して入力可能な入力インターフェース等を含んで構成される入力装置11、リスク評価に関する各種の情報等をユーザ(人)が認識可能に出力するディスプレイやプリンタ、及び/又は、各種の情報等を、別のシステムにおいて利用可能に出力する出力インターフェース等を含んで構成される出力装置12、ハードディスクドライブ(HDD)やフラッシュメモリ等の、各種の情報等を読み書き可能に記憶している記憶装置(記憶媒体)13、及び、入力装置11、出力装置12及び記憶装置13のそれぞれに対して信号の入出力可能に接続されて、これらの各装置11〜13からの信号(情報)等に基づいて、地震リスク評価に係る各種の演算等を実行する演算処理装置14(例えばパーソナルコンピュータ)を含んで構成されている。   FIG. 2 shows an example of the configuration of the earthquake risk evaluation system 1 (hereinafter also simply referred to as the system 1). In this system 1, measurement values measured by a keyboard, a pointing device, and / or various measuring devices that can input various types of information to the system 1 by a user's operation are stored in the system 1. An input device 11 configured to include an input interface that can be input, a display or printer that outputs various information related to risk assessment in a recognizable manner by a user (person), and / or various information An output device 12 including an output interface that can be used in the system, a storage device (storage medium) 13 that stores various information such as a hard disk drive (HDD) and a flash memory in a readable / writable manner. And input / output of signals to / from the input device 11, the output device 12 and the storage device 13, respectively. An arithmetic processing unit 14 (for example, a personal computer) that is connected so as to execute various calculations related to earthquake risk evaluation based on signals (information) from the respective units 11 to 13 is configured. ing.

図3は、システム1が、リスク評価に関して実行する主要な処理を機能ブロックとして示した図であり、このシステム1は、機能ブロックとして、解析条件設定部21と、損傷確率演算部22と、リスク評価部23と、データ記憶部24と、を少なくとも有している。このシステム1では、単一回の地震により解析対象物が損傷を受けるか否かを判断するための単一シナリオ地震評価と、複数回の地震により解析対象物が損傷を受けるか否かを判断するための複数シナリオ地震評価とに分けて、各処理を実行する。   FIG. 3 is a diagram showing main processes executed by the system 1 regarding risk assessment as functional blocks. The system 1 includes, as functional blocks, an analysis condition setting unit 21, a damage probability calculating unit 22, a risk block At least an evaluation unit 23 and a data storage unit 24 are included. In this system 1, single scenario earthquake evaluation for determining whether or not an analysis object is damaged by a single earthquake and whether or not the analysis object is damaged by multiple earthquakes are determined. Each process is executed separately for multiple scenario earthquake evaluation.

解析条件設定部21は、図1のステップS12及びステップS13に相当する処理を実行する機能ブロックである。   The analysis condition setting unit 21 is a functional block that executes processing corresponding to step S12 and step S13 in FIG.

損傷確率演算部22は、図1のステップS14に相当する処理を実行する機能ブロックである。詳しくは後述するが、このシステムは、解析対象物の損傷モードとして、複数の損傷モードを設定しており、損傷確率演算部22は、各損傷モードの発生確率を算出する算出部を、その損傷モード毎に有している(算出部221〜224)。   The damage probability calculation unit 22 is a functional block that executes processing corresponding to step S14 in FIG. As will be described in detail later, this system sets a plurality of damage modes as the damage mode of the analysis object, and the damage probability calculation unit 22 sets the calculation unit for calculating the occurrence probability of each damage mode as the damage mode. It is provided for each mode (calculation units 221 to 224).

リスク評価部23は、図1のステップS15に相当する処理を実行する機能ブロックである。   The risk evaluation unit 23 is a functional block that executes a process corresponding to step S15 in FIG.

データ記憶部24は、図2における記録装置13に関連する機能ブロックであり、入力装置11の操作等に基づいて入力された情報等を記憶すると共に、解析条件設定部21、損傷確率演算部22及びリスク評価部23からの要求に応じて、記憶している情報を各部21〜23に提供する。以下、図2,3に示す構成のシステム1によって実行される地震リスク評価の各手順について、図を参照しながら説明する。   The data storage unit 24 is a functional block related to the recording device 13 in FIG. 2, stores information input based on operations of the input device 11, and the like, as well as an analysis condition setting unit 21 and a damage probability calculation unit 22. And according to the request | requirement from the risk evaluation part 23, the memorize | stored information is provided to each part 21-23. Hereinafter, each procedure of the earthquake risk evaluation executed by the system 1 having the configuration shown in FIGS. 2 and 3 will be described with reference to the drawings.

(評価対象及び解析対象物の選定)
先ずユーザは、地震リスク評価を行う評価対象を決定する。ここでは、前述したように、医薬用検体の長期安定性試験及びその安定性試験室(安定性試験システム)を評価対象とする。
(Selection of evaluation target and analysis target)
First, the user determines an evaluation target for performing an earthquake risk evaluation. Here, as described above, the long-term stability test of a pharmaceutical specimen and its stability test room (stability test system) are evaluated.

評価対象を決定すれば、ユーザは、その評価対象に関係する解析対象物を選定する。安定性試験室は複数の構成機器を組み合わせて構成されており、具体的には図12に示すように、大別して、恒温恒湿試験室(単に試験室ともいう)、試験室に水を供給するための製水室、及び、試験室に電力を供給するための発電室を含んでいる。この例において、試験室は建屋の1階に、製水室及び発電室は建屋の2階に、それぞれ設けられている。   If the evaluation object is determined, the user selects an analysis object related to the evaluation object. The stability test chamber is configured by combining a plurality of components. Specifically, as shown in FIG. 12, the stability test chamber is roughly divided into a constant temperature and humidity test chamber (also simply referred to as a test chamber), and water is supplied to the test chamber. A water production chamber for power generation and a power generation chamber for supplying power to the test chamber. In this example, the test room is provided on the first floor of the building, and the water production room and the power generation room are provided on the second floor of the building.

試験室は、その室内に、検体保管用ラック、温湿感応センサ、及び保管容器を含み、その室外に、試験室を固定する上部固定部及び下部固定部を含んでいる。また、試験室を制御するためのコントロールユニットとして、電気伝導率メータ、補強板、純水装置、配電盤、ゲージ管、配管(1)、配管(2)、及び配管(3)をそれぞれ含み、安定性試験に係る各種のデータを計測する計測システムとして、キャビネットラック、UPS(Uninterruptible Power Supply:無停電電源装置)、サーバー、警報ボックス、データロガーを含んでいる。製水室は、純水ユニットを有し、その純水ユニットは、純水タンク、ろ過装置、及びブースターを含んでいる。発電室は、発電設備として発電機を含んでいる。   The test chamber includes a specimen storage rack, a temperature / humidity sensor, and a storage container in the chamber, and includes an upper fixing portion and a lower fixing portion for fixing the test chamber outside the chamber. In addition, the control unit for controlling the test room includes an electric conductivity meter, a reinforcing plate, a pure water device, a switchboard, a gauge pipe, a pipe (1), a pipe (2), and a pipe (3). As a measurement system for measuring various data related to the sex test, a cabinet rack, UPS (Uninterruptible Power Supply), server, alarm box, and data logger are included. The water production chamber has a pure water unit, and the pure water unit includes a pure water tank, a filtration device, and a booster. The power generation chamber includes a generator as a power generation facility.

こうして、評価対象である恒温恒湿試験室に関係する機器や配管等(小分類)を選定すれば、地震発生時に損傷を受け得る損傷要素を選定することが可能になる。損傷要素には、その小分類に係る本体(例えば保管用ラック、純水タンク等)、固定用ねじ(例えば保管用ラックを固定するねじ等)、及び、把持チェーン(例えば純水タンクを支持する把持チェーン)が含まれる。これらの損傷要素が損傷モードの発生確率を算出する対象となる、解析対象物である。こうして選定した解析対象物に関する情報は、例えばユーザが入力装置11を操作することに応じてシステム1に入力されて、記憶装置13(及びデータ記憶部24)に記憶されることになる。   Thus, by selecting equipment, piping, etc. (small classification) related to the constant temperature and humidity test room to be evaluated, it is possible to select damage elements that can be damaged when an earthquake occurs. The damaged element includes a main body (for example, a storage rack and a deionized water tank), a fixing screw (for example, a screw for fixing the storage rack), and a gripping chain (for example, a deionized water tank) Gripping chain). These damage elements are analysis objects that are targets for calculating the occurrence probability of the damage mode. The information on the analysis object thus selected is input to the system 1 in response to, for example, the user operating the input device 11 and stored in the storage device 13 (and the data storage unit 24).

また、解析対象物の選定と共に、ユーザは、その解析対象物が損傷し得る損傷モードを決定する。損傷モードには、詳しくは後述するが、単一シナリオ地震に係る、初通過破壊、滑動、及び転倒、並びに、複数シナリオ地震に係る累積損傷破壊が含まれる。ここで、滑動及び転倒に関しては、対象物がボルト締結や溶接等によって固定されておらず、接地面上に置かれただけの状態にあるものを選定し、破壊に関しては、対象物がボルト締結や溶接等による固定点又は固定面を有しているものを選定すればよい。ここで決定した損傷モードの情報も、例えばユーザが入力装置11を操作することに応じてシステム1に入力されて、記憶装置13(及びデータ記憶部24)に、その解析対象物の情報と対応付けて記憶されることになる(図12参照)。   Further, along with the selection of the analysis object, the user determines a damage mode in which the analysis object can be damaged. As will be described in detail later, the damage modes include first-pass failure, sliding, and overturning related to a single scenario earthquake, and cumulative damage failure related to a multi-scenario earthquake. Here, for sliding and overturning, select the object that is not fixed by bolting or welding, but just placed on the ground surface, and for destruction, the object is bolted What has fixed point or fixed surface by welding, etc. should just be selected. The information on the damage mode determined here is also input to the system 1 in response to, for example, the user operating the input device 11, and corresponds to the information on the analysis target in the storage device 13 (and the data storage unit 24). It will be stored together (see FIG. 12).

(設計用入力波形の作成)
次に、図3,4を参照しながら、解析条件設定部21が実行する設計用入力波形の作成手順について説明する。解析条件設定部21の床定常振動データ入力部211は、解析対象物が設置されている建屋の1階又は2階の床面の振動応答データを、システム1に入力して記憶させる。床面の振動応答データは、図示は省略するが、建屋の1階及び2階の床面における所定箇所に設置した加速度センサによって計測した、床面の定常振動の時刻歴加速度データ(床面垂直方向)である(図4のP41参照)。入力装置11は、計測した時刻歴加速度データをシステム1に入力し、記憶装置13はそれを記憶する。
(Create input waveform for design)
Next, a procedure for creating a design input waveform executed by the analysis condition setting unit 21 will be described with reference to FIGS. The floor steady vibration data input unit 211 of the analysis condition setting unit 21 inputs and stores the vibration response data of the floor surface of the first floor or the second floor of the building where the analysis target is installed in the system 1. Although the floor vibration response data is not shown in the figure, the time history acceleration data of the floor surface steady vibration measured by an acceleration sensor installed at a predetermined location on the first and second floors of the building (floor vertical) Direction (see P41 in FIG. 4). The input device 11 inputs the measured time history acceleration data to the system 1 and the storage device 13 stores it.

任意波形抽出部212は、記憶装置13に記憶されている時刻歴加速度データを読み出すと共に、乱数を利用してその時刻歴加速度データから任意に波形を切り出す(図4のP42参照)。   The arbitrary waveform extraction unit 212 reads out the time history acceleration data stored in the storage device 13 and arbitrarily cuts out a waveform from the time history acceleration data using a random number (see P42 in FIG. 4).

包絡曲線算出部213は、地震動を経時特性を設定するために、地震動の時間変化を示す関数として、初動の立ち上がり部分、定常部分及び減衰部分を含む包絡関数を設定する(図4のP42参照)。より具体的には、式(1)に示すJennings型包絡関数E(t)を用いると共に(「地震波形の包絡関数に関する一考察」壇 一男、渡辺 孝英,pp.773〜774,1989,日本建築学会(九州))、包絡関数の継続時間を決めるパラメータT(i=a〜d)の推定式として式(2)を用いる(「多点強震観測記録に基づく地震動の継続時間の統計的特性と推定式」鎌田 丈史、福和 伸夫、飛田 潤,2003,日本建築学会大会学術講演梗概(東海))。尚、T〜Tの期間は、初動の立ち上がり部分に対応し、T〜Tの期間は、定常部分に対応し、T〜Tの期間は、減衰部分に対応する。 The envelope curve calculation unit 213 sets an envelope function including a rising portion of an initial motion, a steady portion, and a decay portion as a function indicating a temporal change of the ground motion in order to set secular motion characteristics over time (see P42 in FIG. 4). . More specifically, the Jennings-type envelope function E (t) shown in Equation (1) is used (“A Study on the Envelope Function of Earthquake Waveforms” Kazuo Dan, Takahide Watanabe, pp.773-774, 1989, Japanese Architecture Society (Kyushu)), using equation (2) as an estimation formula for the parameter T i (i = ad) that determines the duration of the envelope function (“Statistical characteristics of duration of ground motion based on multipoint strong motion observation records” "Takeshi Kamada, Nobuo Fukuwa, Jun Tobita, 2003, Architectural Institute of Japan Annual Meeting Abstract (Tokai)). The period from T a to T b corresponds to the rising part of the initial movement, the period from T b to T c corresponds to the steady part, and the period from T c to T d corresponds to the attenuation part.

Figure 2011064555
ここで、Bは減衰特性を表すパラメータ、Mはマグニチュード、Xは震源距離(km)である。式(1)(2)において、地震のマグニチュードMと震源距離Xとが、入力装置11の操作を通じてユーザにより設定されれば、包絡関数E(t)の時間に係るパラメータT(i=a〜d)及びBが設定される。
Figure 2011064555
Here, B is a parameter representing attenuation characteristics, M is a magnitude, and X is a source distance (km). In the equations (1) and (2), if the earthquake magnitude M and the epicenter distance X are set by the user through the operation of the input device 11, the parameter T i (i = a) related to the time of the envelope function E (t) ~ D) and B are set.

評価震度入力部214は、ディスプレイの表示を通じて、ユーザに対しリスク評価に係る地震の震度階級を設定させるように促すと共に、ユーザが入力装置11を操作することを通じて設定された震度階級を受け付けて、これを記憶装置13(及びデータ記憶部24)に記憶させる。   The evaluation seismic intensity input unit 214 prompts the user to set the seismic intensity class of the earthquake related to the risk evaluation through the display on the display, and accepts the seismic intensity class set by the user operating the input device 11, This is stored in the storage device 13 (and the data storage unit 24).

波形振幅増幅部215は、前記任意波形抽出部212によって切り出された時刻歴加速度データと、包絡曲線算出部213によって設定された包絡関数とを掛け合わせて地震動の経時特性を有する波形を作成する(図4のP43参照)。また、評価震度入力部214によって設定・記憶されている震度階級に応じて波形振幅を増幅し(図4のP44参照)、設計用入力波形を作成する。   The waveform amplitude amplification unit 215 multiplies the time history acceleration data cut out by the arbitrary waveform extraction unit 212 and the envelope function set by the envelope curve calculation unit 213 to create a waveform having secular motion temporal characteristics ( (See P43 in FIG. 4). Further, the waveform amplitude is amplified according to the seismic intensity class set and stored by the evaluation seismic intensity input unit 214 (see P44 in FIG. 4), and a design input waveform is created.

設計用入力波形出力部216は、作成した設計用入力波形を、続く解析対象物の応答出力算出のために出力する。   The design input waveform output unit 216 outputs the created design input waveform for the subsequent response output calculation of the analysis object.

(解析対象物の応答出力算出)
次に、図3,5を参照しながら、解析条件設定部21が実行する解析対象物の応答出力の算出手順について説明する。解析対象物入力部217は、前述したように、ユーザにより予め選定されて記憶装置13に記憶されている解析対象物に関する情報を読み出し(図5のステップS51)、FEMモデル入力部218は、読み出した解析対象物に関する情報に基づいて、各解析対象物のFEMモデル57を作成する(ステップS52)。このFEMモデル57の作成は、図示は省略するが、出力装置12の出力(ディスプレイの表示)と、入力装置11の入力(ユーザによる入力装置11の操作)とに基づく、インタラクティブな操作によってFEMモデル57を作成するようにしてもよいし、予め別途作成したFEMモデル57を入力装置11を通じて、システム1に入力するようにしてもよい。ここで作成又は入力された、各解析対象物のFEMモデル57は、記憶装置13(及びデータ記憶部24)に適宜記憶される。
(Calculation of response output of analysis object)
Next, the calculation procedure of the response output of the analysis target executed by the analysis condition setting unit 21 will be described with reference to FIGS. As described above, the analysis object input unit 217 reads information about the analysis object that is selected in advance by the user and stored in the storage device 13 (step S51 in FIG. 5), and the FEM model input unit 218 reads out the information. Based on the information on the analyzed object, the FEM model 57 of each analyzed object is created (step S52). Although the FEM model 57 is not shown, the FEM model 57 is interactively operated based on the output of the output device 12 (display on the display) and the input of the input device 11 (operation of the input device 11 by the user). 57 may be created, or an FEM model 57 created separately in advance may be input to the system 1 through the input device 11. The FEM model 57 of each analysis object created or input here is appropriately stored in the storage device 13 (and the data storage unit 24).

減衰定数入力部219は、応答解析に用いる減衰定数をシステム1に入力する(ステップS53)。減衰定数は、例えば、予め実施された実験モード解析により得られた減衰定数を、入力装置11の操作を通じてこのタイミングで、システム1に入力するようにしてもよいし、記憶装置13に予め記憶させている減衰定数を、記憶装置13(又はデータ記憶部24)から読み込むようにしてもよい。   The attenuation constant input unit 219 inputs an attenuation constant used for response analysis to the system 1 (step S53). As the attenuation constant, for example, an attenuation constant obtained by an experimental mode analysis performed in advance may be input to the system 1 at this timing through the operation of the input device 11 or may be stored in the storage device 13 in advance. The attenuation constant may be read from the storage device 13 (or the data storage unit 24).

設計用波形入力部2110は、前記で作成された設計用入力波形58を読み込み(ステップS54)、時刻歴応答解析部2111は、FEMモデル入力部218で入力したFEMモデル57と、設計用波形入力部2110で読み込んだ設計用入力波形と、に基づき、記憶装置13に記憶されている、所定の算出式に従って、時刻歴応答解析により解析対象物の応答解析を実行する(ステップS55)。尚、時刻歴応答解析は一般的であるため、ここではその詳細な説明を省略する。この時刻歴応答解析は、解析対象物毎に行われ、これによって、地震時における各解析対象物の応答出力59が得られる。応答出力部2112は、各解析対象物の応答出力59を損傷確率演算部22(並びに記憶装置13及びデータ記憶部24)に出力する(ステップS56)。   The design waveform input unit 2110 reads the design input waveform 58 created above (step S54), and the time history response analysis unit 2111 inputs the FEM model 57 input by the FEM model input unit 218 and the design waveform input. Based on the design input waveform read by the unit 2110, the response analysis of the analysis object is executed by the time history response analysis according to a predetermined calculation formula stored in the storage device 13 (step S55). Since time history response analysis is common, detailed description thereof is omitted here. This time history response analysis is performed for each analysis object, whereby a response output 59 of each analysis object during an earthquake is obtained. The response output unit 2112 outputs the response output 59 of each analysis object to the damage probability calculation unit 22 (and the storage device 13 and the data storage unit 24) (step S56).

(損傷確率演算)
地震入力を受ける構造物は、地震動を受ける間及び地震動の終了後も、その機能を維持していなければならず、各種の機械や構造物を設計する上で、安全性は重要な意味を持つ。安全性を評価する方法には大別して2つの方法がある。一つは安全率の概念による方法であり、もう一つは信頼性の概念による方法である。安全率の概念による方法は、機械や構造物に作用する荷重及びその強度は確定量であるとし、設計荷重が強度を安全率で除した値(許容荷重)以下となるように設計する決定論的な考え方である。このようにして設計された機械や構造物は、荷重や強度が確定量であれば、設計荷重の安全率倍までの荷重に対して損傷することなくその機能を保つはずである。しかしながら実際には、荷重及び強度は確定量であることは稀で、あるばらつきを有する不確定量である場合がほとんどである。このような場合には、設計荷重の安全率倍よりも低い荷重であっても損傷が生じる可能性がある。このように安全率の概念による評価方法は、損傷の確率という概念でしか評価することができない。
(Damage probability calculation)
Structures that receive seismic inputs must maintain their functions during and after seismic motion, and safety is important in designing various machines and structures. . There are roughly two methods for evaluating safety. One is a method based on the concept of safety factor, and the other is a method based on the concept of reliability. The method based on the concept of safety factor is a determinism in which the load acting on a machine or structure and its strength are deterministic amounts, and the design load is designed to be less than the value obtained by dividing the strength by the safety factor (allowable load). It is a natural way of thinking. A machine or structure designed in this way should maintain its function without damage to loads up to twice the safety factor of the design load, provided that the load or strength is a definite amount. In practice, however, the load and strength are rarely deterministic quantities, and in most cases are uncertain quantities with some variation. In such a case, damage may occur even if the load is lower than the safety factor times the design load. As described above, the evaluation method based on the concept of the safety factor can be evaluated only based on the concept of the probability of damage.

これに対し、信頼性の概念による評価方法は、確率論的な考え方を導入した方法であって、荷重及び強度が共に不確定量である、すなわち、ばらつきを有するとして、確率及び統計論的に損傷の確率を考える方法である。損傷確率の補確率が信頼性と呼ばれ、損傷確率が小さいほど、信頼性は高くなる。構造物の安全性をそれに関係する様々な量のばらつきを不確実さを考慮して確率論的な立場から評価する方法は、構造物の信頼性理論又は安全性理論と呼ばれる。この評価システム1では、以下に詳細に説明するように、信頼性の概念による確率論的な手法を用いて、解析対象物の損傷の評価を行う。   On the other hand, the evaluation method based on the concept of reliability is a method in which a probabilistic concept is introduced, and both the load and the strength are uncertain quantities, that is, there is variation, and the probability and statistical This is a method of considering the probability of damage. The complementary probability of damage probability is called reliability. The smaller the damage probability, the higher the reliability. The method of evaluating the safety of a structure from a probabilistic standpoint, taking into account the uncertainties of the various variations associated with it, is called the reliability theory or safety theory of the structure. In this evaluation system 1, as will be described in detail below, damage to the analysis object is evaluated using a probabilistic method based on the concept of reliability.

また、この評価システム1では、前述したように、地震動を単一シナリオ地震と複数シナリオ地震とに分類し、単一シナリオ地震による損傷モードとして、初通過破壊、滑動及び転倒の3つのモードを設定すると共に、複数シナリオ地震による損傷モードとして、累積損傷破壊を設定する。そうして、初通過破壊、滑動及び転倒、並びに、累積損傷破壊の、互いに異なる4つの損傷モードを基準を同じにして評価するようにする。以下では、損傷モード毎に、その評価について説明する。   In the evaluation system 1, as described above, the ground motion is classified into a single scenario earthquake and a multi-scenario earthquake, and three modes of first-pass failure, sliding and falling are set as damage modes due to the single scenario earthquake. At the same time, cumulative damage destruction is set as the damage mode due to the multi-scenario earthquake. Thus, the four different damage modes of first pass failure, sliding and falling, and cumulative damage failure are evaluated with the same criteria. Below, the evaluation is demonstrated for every damage mode.

(初通過破壊に関する評価手法)
初通過破壊の発生確率は、損傷確率演算部22の初通過破壊確率算出部221が算出する。図6は、初通過破壊の発生確率の算出手順を示している。解析対象物の耐力(材料物性)及び外力(前記の解析対象物の応答出力59)を、それぞれ確率変数R及びSで表す。図6のP61,P62に示すように、R及びSの確率密度関数をそれぞれ、f(r)、f(s)とし、R≦Sが破壊を、R>Sが非破壊を表すものと考える。尚、ここでの「破壊」は、構造耐力の指標値が、外力効果の指標値を超えるという意味であり、構造物が実際に破壊することを意味するものではない。
(Evaluation method for first-pass failure)
The first-pass failure probability is calculated by the first-pass failure probability calculator 221 of the damage probability calculator 22. FIG. 6 shows a procedure for calculating the probability of occurrence of the first-pass failure. The yield strength (material property) and external force (response output 59 of the analysis object) of the analysis object are represented by random variables R and S, respectively. As shown in P61, P62 of FIG. 6, respectively the probability density function of R and S, and f R (r), f S (s), R ≦ S is destructive, R> S is intended to refer to non-destructive I think. Here, “destruction” means that the index value of the structural yield strength exceeds the index value of the external force effect, and does not mean that the structure is actually destroyed.

R≦Sが成り立つ確率を解析対象物の損傷モードの発生確率(損傷確率)Pとして、式(3)で定義する。 The probability that R ≦ S is satisfied is defined as the occurrence probability (damage probability) P f of the damage mode of the object to be analyzed by Expression (3).

Figure 2011064555
RとSとを互いに独立な確率変数とすれば、Pは、図6のP63,P64の図(尚、P63は二次元イメージ、P64は三次元イメージである)における、r≦sの領域D上の同時確率密度関数fRS(r,s)を積分することにより得られ、式(4)で与えられる。式(4)は損傷確率の算出式として、入力装置11を通じてシステム1に入力されて、記憶装置13に予め記憶されることになる。
Figure 2011064555
If R and S are independent random variables, P f is a region of r ≦ s in the diagrams of P63 and P64 in FIG. 6 (where P63 is a two-dimensional image and P64 is a three-dimensional image). It is obtained by integrating the joint probability density function f RS (r, s) on DF , and is given by Equation (4). Equation (4) is input to the system 1 through the input device 11 as a calculation formula for damage probability, and stored in the storage device 13 in advance.

Figure 2011064555
Figure 2011064555

また、初通過破壊には、せん断破壊及び曲げ破壊が含まれるとして、せん断破壊の評価式は、α≧Aτ/Mで示され、曲げ破壊の評価式は、α≧Zσ/MLで示される。ここでαは、地震外力に起因する対象物の水平加速度(最大応答加速度)であり、Aは断面積、Mは質量、τはせん断強度、Zは断面係数、Lは長さ、σは曲げ強度である。これらの評価式に含まれる確率変数は、α及び、τ又はσである(図6のP61,P62参照)。 Further, assuming that the first-pass fracture includes shear fracture and bending fracture, the evaluation formula of shear fracture is expressed by α H ≧ Aτ B / M, and the evaluation formula of bending fracture is α H ≧ Zσ B / ML. Indicated by Where α H is the horizontal acceleration (maximum response acceleration) of the object caused by the earthquake external force, A is the cross-sectional area, M is the mass, τ B is the shear strength, Z is the cross-sectional modulus, L is the length, σ B is bending strength. The random variables included in these evaluation formulas are α H and τ B or σ B (see P61 and P62 in FIG. 6).

初通過破壊に係る、前記の2つの評価式もまた、入力装置11を通じてシステム1に入力されて、記憶装置13に記憶されている。初通過破壊確率算出部221は、必要時には、記憶装置13から式(4)及び各評価式を読み込むと共に、解析条件設定部21で算出した、解析対象物の応答出力59(最大応答加速度)に基づき、式(4)及び初通過破壊評価式に従って解析対象物の初通過破壊の発生確率を算出する。   The two evaluation formulas relating to the first-pass failure are also input to the system 1 through the input device 11 and stored in the storage device 13. The first-pass failure probability calculation unit 221 reads the equation (4) and each evaluation equation from the storage device 13 when necessary, and outputs the response output 59 (maximum response acceleration) of the analysis object calculated by the analysis condition setting unit 21. Based on the equation (4) and the first pass failure evaluation formula, the probability of occurrence of the first pass failure of the analysis object is calculated.

(滑動に関する評価手法)
滑動の発生確率は、損傷確率演算部22の滑動確率算出部222が算出する。図7は滑動の評価式を算出する手順を示している。滑動は、一般的には、地震時に入力地震力を受けることによって、対象物が元の場所から移動をする現象をいう。ここでは、地震外力Fが最大静止摩擦力Fを上回ったときに、対象物が滑動したとみなす(F≧F)。つまり、ここでは地震入力を受けた際の対象物の滑り始めを滑動現象として判定する。滑り始めによる滑動判定は最も厳しい条件であり、これによって信頼性の観点からも、安全側の評価を行うことになる。
(Evaluation method for sliding)
The occurrence probability of the sliding is calculated by the sliding probability calculating unit 222 of the damage probability calculating unit 22. FIG. 7 shows a procedure for calculating a sliding evaluation formula. Sliding generally refers to a phenomenon in which an object moves from its original location by receiving an input seismic force during an earthquake. Here, when an earthquake external force F exceeds the maximum static frictional force F f, regarded as the object is slid (F ≧ F f). That is, here, the start of slipping of the object when receiving an earthquake input is determined as a sliding phenomenon. The judgment of sliding at the start of sliding is the strictest condition, and from this viewpoint, the evaluation on the safe side is also performed from the viewpoint of reliability.

最大静止摩擦力はF=μm(g−α)で示される。ここで、αは地震外力に起因する対象物の垂直加速度(最大応答加速度)であり、μは最大静止摩擦力、mは構造物の質量、gは重力加速度である。従って滑動条件は、α≧μ(g−α)となる。この式に、原子力発電所や化学プラントの設備及び機器類の評価に関して採用されている、垂直加速度と水平加速度との関係式、α=(1/2)・αを用いると、滑動条件(評価式)は最終的には、α≧(2gμ)/(2+μ)で示される。この評価式に含まれる確率変数は、α及びμ(図7のP72,P73参照)である。この評価式に必要な最大静止摩擦係数は、例えば、ばねばかりを用いた引っ張り試験を予め行って、その計測値を入力装置11を通じて記憶装置13(及びデータ記憶部24)に記憶させておけばよい(図7のP71参照)。 The maximum static friction force is expressed by F f = μm (g−α V ). Here, α V is the vertical acceleration (maximum response acceleration) of the object caused by the seismic external force, μ is the maximum static frictional force, m is the mass of the structure, and g is the gravitational acceleration. Therefore, the sliding condition is α H ≧ μ (g−α V ). If the relational expression between vertical acceleration and horizontal acceleration, α V = (1/2) · α H , which is adopted for the evaluation of facilities and equipment of nuclear power plants and chemical plants, is used in this equation, the sliding condition (Evaluation formula) is finally expressed by α H ≧ (2 gμ) / (2 + μ). The random variables included in this evaluation formula are α H and μ (see P72 and P73 in FIG. 7). The maximum static friction coefficient necessary for this evaluation formula is obtained by, for example, performing a tensile test using only a spring in advance and storing the measured value in the storage device 13 (and the data storage unit 24) through the input device 11. Good (see P71 in FIG. 7).

この滑動評価式もまた、予め入力装置11を通じてシステム1に入力されて、記憶装置13に記憶されており、滑動確率算出部222は、必要時には、記憶装置13からこの滑動評価式及び式(4)を読み込んで、解析対象物の応答出力59(最大応答加速度)に基づき、式(4)及び滑動評価式に従って解析対象物の滑動の発生確率を算出する。   This sliding evaluation formula is also input to the system 1 through the input device 11 in advance and stored in the storage device 13, and the sliding probability calculation unit 222, when necessary, stores the sliding evaluation formula and the formula (4) from the storage device 13. ), And based on the response output 59 (maximum response acceleration) of the analysis object, the probability of occurrence of sliding of the analysis object is calculated according to the equation (4) and the sliding evaluation equation.

(転倒に関する評価手法)
転倒の発生確率は、損傷確率演算部22の転倒確率算出部223が算出する。図8は転倒の評価式を算出する手順を示している。ここで転倒とは、地震時に入力地震力を受けることによって、対象物がある支点を中心として回転運動をする現象をいう。転倒評価としては、転倒を動的な現象と捉えて、より厳密な推定式を求めるものも存在している。ここでは最も厳しい条件である静的加速度を用いた判定条件を利用する。このことにより、滑動の評価と同様に、安全側の評価を行うことになる。
(Evaluation method for falls)
The fall probability calculation unit 223 of the damage probability calculation unit 22 calculates the fall occurrence probability. FIG. 8 shows a procedure for calculating a fall evaluation formula. Here, the overturn is a phenomenon in which an object undergoes a rotational motion around a fulcrum by receiving an input seismic force during an earthquake. There are some fall evaluations that consider fall as a dynamic phenomenon and obtain a more exact estimation formula. Here, judgment conditions using static acceleration, which is the strictest condition, are used. As a result, the safety side evaluation is performed in the same manner as the sliding evaluation.

図8のP82に示すように、地震外力をF、重力をF、最大水平加速度α、最大垂直加速度αとし、対象物の幾何学的中心位置を点Cで、重心位置を点Gで表す。点O’は点Gとx軸上の交点であり、点Oは、点Cとx軸上の交点であって、ここを原点(0,0)とする。また、a,bはそれぞれ、点Cから点Gまでのx及びy方向距離である。ここでは、地震外力Fと、重力Fの合力ベクトルのx軸上交点Xにおいて、x方向成分の大きさ|O’X|が、|O’A|を上回ったときに、転倒と判断する。点Xまわりのモーメントのつりあい式に基づいて、転倒条件(評価式)は、式(5)で示される。 As shown in P82 of FIG. 8, the seismic external force is F, the gravity is F g , the maximum horizontal acceleration α H and the maximum vertical acceleration α V , the geometric center position of the object is point C, and the center of gravity position is point G. Represented by The point O ′ is an intersection on the x axis with the point G, and the point O is an intersection on the x axis with the point C, and this is the origin (0, 0). Further, a and b are distances in the x and y directions from the point C to the point G, respectively. Here, the seismic force F, the x-axis on the intersection X of the resultant force vector of gravity F g, the size of the x-direction component | O'X | is, | O'A | when exceeded, it is determined that the fall . Based on the balance formula of moments around the point X, the overturn condition (evaluation formula) is expressed by formula (5).

Figure 2011064555
βは、構造物のアスペクト比(幅に対する高さの比率)、γは重力位置による影響を表すパラメータである。ここでは寸法形状のばらつきは考慮しないとする。従って転倒評価式に含まれる確率変数はαだけとなる(図8のP81参照)ことから、転倒確率は、式(6)又は式(7)を用いて算出することが可能である(図8のP83参照)。
Figure 2011064555
β is an aspect ratio of the structure (ratio of height to width), and γ is a parameter that represents the influence of gravity position. Here, it is assumed that variations in dimensions and shapes are not considered. Accordingly, since the only random variable included in the fall evaluation formula is α H (see P81 in FIG. 8), the fall probability can be calculated using the formula (6) or the formula (7) (see FIG. 8). 8 P83).

Figure 2011064555
Figure 2011064555

この転倒評価式、及び、式(6)(又は式(7))は、入力装置11を通じてシステム1に予め入力されて、記憶装置13に記憶されており、転倒確率算出部223は、必要時には、記憶装置13からこの転倒評価式及び式(6)(又は式(7))を読み込んで、解析対象物の応答出力59(最大応答加速度)に基づき、式(6)(又は式(7))及び転倒評価式に従って解析対象物の転倒の発生確率を算出する。   The fall evaluation formula and the formula (6) (or formula (7)) are input to the system 1 in advance through the input device 11 and stored in the storage device 13. Then, the fall evaluation formula and formula (6) (or formula (7)) are read from the storage device 13, and based on the response output 59 (maximum response acceleration) of the analysis object, formula (6) (or formula (7) ) And the fall evaluation formula, the occurrence probability of the fall of the analysis object is calculated.

ここで、図11は、解析対象物の一部について、(a)初通過破壊(せん断破壊)、(b)滑動、及び、(c)転倒の発生確率を、最大水平加速度αの関数として算出した結果の一例を示している。このように各算出部221〜223は、各解析対象物について、各損傷モードの発生確率を、最大水平加速度の大きさ、換言すれば地震の震度階級毎に、算出し得る。 Here, FIG. 11, for part of the analysis object, (a) first pass destruction (shear fracture), (b) sliding, and the probability of occurrence of (c) falls, as a function of the maximum horizontal acceleration alpha H An example of the calculated result is shown. As described above, the calculation units 221 to 223 can calculate the probability of occurrence of each damage mode for each analysis object for each magnitude of the maximum horizontal acceleration, in other words, for each seismic intensity class.

このようにして単一シナリオ地震に関しては、震度階級毎に、各解析対象物の損傷の発生確率が算出され、算出された損傷の発生確率は、その解析対象物と対応付けられて、記憶装置13に記憶される。こうして詳しくは後述するが、図12に示すようなSeismic P−FMEAのワークシートにおける発生確率の欄が、埋められることになる。尚、S−P−FMEAワークシートは、震度階級毎に作成されることになる。   In this way, for a single scenario earthquake, the occurrence probability of damage of each analysis object is calculated for each seismic intensity class, and the calculated occurrence probability of damage is associated with the analysis object and stored in a storage device. 13 is stored. As described in detail later, the occurrence probability column in the Seismic P-FMEA worksheet as shown in FIG. 12 is filled. Note that the SP-FMEA worksheet is created for each seismic intensity class.

(累積損傷破壊に関する評価手法)
このシステム1においては、複数シナリオ地震に対する損傷モードである累積損傷破壊を、疲労破壊と考える。一般に疲労強度特性は、縦軸に応力振幅を真数または対数で,横軸に疲労寿命を対数でとったS−N線図を用いて評価される。ここで疲労寿命は、ばらつきを有するため、このS−N線図上の各点に、その点での破壊確率、つまり疲労破壊が起こる確率を求めてグラフに取り込むP−S−N線図を用いることによって、S−N線図のばらつきを考慮する(図9参照)。尚、この破壊確率曲面は縦軸が応力振幅σ、横軸が繰り返し数N、高さが破壊確率Pを表している。
(Evaluation method for cumulative damage destruction)
In this system 1, cumulative damage fracture that is a damage mode for a multi-scenario earthquake is considered fatigue fracture. In general, the fatigue strength characteristics are evaluated by using an SN diagram in which the vertical axis represents the stress amplitude as a logarithm or logarithm, and the horizontal axis represents the fatigue life as a logarithm. Here, since the fatigue life varies, a P-S-N diagram is obtained at each point on the S-N diagram to obtain a probability of failure at that point, that is, a probability of occurrence of fatigue failure. By using it, the variation of the SN diagram is taken into consideration (see FIG. 9). In this fracture probability curved surface, the vertical axis represents the stress amplitude σ, the horizontal axis represents the number of repetitions N f , and the height represents the fracture probability P f .

疲労寿命は平均応力に依存することが知られており、このことからS−N線図は通常、平均応力又は応力比を一定にして行った疲労試験結果のみから作成される。従って、S−N線図では、平均応力または応力比が一致する疲労寿命しか評価することができない。そこで、平均応力の疲労寿命に対する影響の評価手法として疲労限度線図が用いられている。ここでは、P−S−N線図の概念に、修正グッドマン線図(疲労限度線図)を適用する。これによって、疲労限度線図上で、ばらつきを表現することを可能にする。   It is known that the fatigue life depends on the average stress, and from this fact, the SN diagram is usually created only from the results of fatigue tests conducted with the average stress or the stress ratio kept constant. Therefore, in the SN diagram, only a fatigue life having the same average stress or stress ratio can be evaluated. Therefore, a fatigue limit diagram is used as a method for evaluating the influence of the average stress on the fatigue life. Here, a modified Goodman diagram (fatigue limit diagram) is applied to the concept of the PSN diagram. This makes it possible to express variation on the fatigue limit diagram.

また、疲労寿命評価を行う際には、その値の推定よりも寿命保証を決定することが重要となる。S−N線図を用いて疲労寿命評価を行う場合には、平均応力または応力比を一定にした試験結果のみをプロットして整理する方法が一般的である。しかし、実際に部材に負荷される実働荷重は、平均応力や応力振幅が時間に対して変動する不規則荷重であることの方が多い。このため、S−N線図を用いて実働加重の疲労寿命を評価しようとすると、それに応じた平均応力又は応力比についてのS−N線図が必要となるため、膨大な試験数と時間を必要とする。そこで、ここでは変動する応力波形に対する損傷を個別に求める累積損傷度の概念を用いる。累積損傷度の概念を用いた寿命評価は、実働荷重の寿命の評価について極めて有効である。以下、図10を参照しながら、破壊確率を考慮した疲労限度線図の作成手順、及び、線形累積損傷則を用いた疲労寿命推定について順に説明する。   Further, when performing fatigue life evaluation, it is important to determine the life guarantee rather than the estimation of the value. When fatigue life evaluation is performed using an SN diagram, a method of plotting and organizing only test results with a constant average stress or stress ratio is common. However, the actual working load actually applied to the member is often an irregular load whose average stress or stress amplitude varies with time. For this reason, if an attempt is made to evaluate the fatigue life under actual working load using the SN diagram, an SN diagram for the average stress or stress ratio corresponding to the fatigue stress is required. I need. Therefore, here, the concept of cumulative damage degree for individually obtaining damage to a fluctuating stress waveform is used. Life evaluation using the concept of cumulative damage is extremely effective for evaluating the life of actual loads. Hereinafter, a procedure for creating a fatigue limit diagram in consideration of the fracture probability and fatigue life estimation using a linear cumulative damage law will be described in order with reference to FIG.

先ず、疲労限度線図の作成として、応力比一定(所定応力比)で疲労試験を行ってS−N線図を作成し、疲労限度線図における疲労強度分布を作成する(図10のP101参照)。この場合の疲労強度分布は、応力比一定の一直線上の分布になる。応力比をいくつも変えた疲労試験を行って疲労強度分布を求め、疲労限度線図を作成してもよいが、その場合は多大な時間を要するので、1通り又は2通り程度の応力比で疲労試験を行えばよい。   First, as a fatigue limit diagram, a fatigue test is performed at a constant stress ratio (predetermined stress ratio) to create an SN diagram, and a fatigue strength distribution in the fatigue limit diagram is created (see P101 in FIG. 10). ). In this case, the fatigue strength distribution is a straight line distribution with a constant stress ratio. Fatigue strength distribution may be obtained by conducting fatigue tests with various stress ratios, and a fatigue limit diagram may be created. In that case, however, it takes a lot of time, so there are only one or two stress ratios. A fatigue test may be performed.

得られた疲労強度分布を基に、任意の破壊確率でP−S−N線図を作成する。次いで、作成したP−S−N線図から任意の繰り返し数での疲労強度を算出し、疲労強度線図上にプロットする。このときに、別の応力比におけるS−N線図が得られている場合には、それについての疲労強度もプロットする。ここで、S−N線図から得られる疲労強度分布は、ある繰り返し数を固定した状態の破壊確率を応力振幅の分布で表したものであり、疲労限度線図における疲労強度分布は、応力振幅と平均応力の分布で表したものである。このことから、疲労限度線図における疲労強度分布は、S−N曲線から得られる疲労強度分布を応力比一定の直線上に傾けたものである。   Based on the obtained fatigue strength distribution, a PSN diagram is created with an arbitrary fracture probability. Next, the fatigue strength at an arbitrary number of repetitions is calculated from the created PSN diagram and plotted on the fatigue strength diagram. At this time, if an SN diagram at another stress ratio is obtained, the fatigue strength is also plotted. Here, the fatigue strength distribution obtained from the SN diagram represents the failure probability in a state where a certain number of repetitions is fixed as a stress amplitude distribution. The fatigue strength distribution in the fatigue limit diagram is the stress amplitude distribution. And the average stress distribution. Therefore, the fatigue strength distribution in the fatigue limit diagram is obtained by tilting the fatigue strength distribution obtained from the SN curve on a straight line with a constant stress ratio.

また、別途実施した引張試験(静的強度試験)の結果から得られる強度分布から、先にプロットした疲労強度分布の破壊確率に対応する値を算出し、疲労限度線図のx軸上にプロットする。そうして、疲労限度線図の応力比一定の直線上から求めた、ある破壊確率の点と、引張試験の結果から求めた、同じ破壊確率の点と、を互いに結ぶことによって、当該破壊確率での疲労限度線(修正グッドマン線図)が求まることになる(図10のP103参照)。このような分布を考えることによって、疲労限度線図上でのばらつきを表現することが可能になる。この疲労限度線図が意味するところは、この疲労限度線図上に位置する応力振幅、平均応力の繰り返し荷重が、疲労限度線図作成時に設定した繰り返し数N、及び、破壊確率Pに相当することを表している。つまり、プロットした繰り返し応力の平均応力及び応力振幅の繰り返し数nによりn/Nの損傷度が累積されると考える。なお、このとき累積した損傷度は破壊確率Pに対する結果であるため、これにより算出される累積損傷度Dもまた、破壊確率Pを有していると考えることができる。 In addition, from the strength distribution obtained from the results of a separate tensile test (static strength test), a value corresponding to the fracture probability of the previously plotted fatigue strength distribution is calculated and plotted on the x-axis of the fatigue limit diagram. To do. Then, by connecting a point of a certain probability of fracture obtained from a straight line with a constant stress ratio in the fatigue limit diagram and a point of the same probability of fracture obtained from the result of the tensile test, the relevant fracture probability is obtained. The fatigue limit line (corrected Goodman diagram) is obtained (see P103 in FIG. 10). By considering such a distribution, it is possible to express variations on the fatigue limit diagram. Is what is meant by this fatigue limit diagram, the stress amplitude which is located on the diagram the fatigue limit line, cyclic loading of the average stress, repetition number N i which is set when creating the fatigue limit diagram, and the failure probability P f It represents the equivalent. In other words, consider the degree of damage of n i / N i are accumulated by repeating number n i of mean stress and stress amplitude plotted repeated stress. Incidentally, damage degree obtained by accumulating this time, since a result of failure probability P f, which accumulated damage degree D is calculated by can also be considered as having a failure probability P f.

この疲労限度分布の作成に際しては、3応力水準で、1応力水準当たり3点以上のデータがあることが好ましいが、それよりも少ないデータから疲労強度分布を求めるために、座古らが提案した換算応力、換算寿命の定義を用いるようにしてもよい(「平均応力・応力振幅の不確定性を考慮した破壊確率評価手法に関する研究」座古 勝、倉敷 哲生、中井 啓晶,pp.845〜846,2003,日本機械学会第16回計算力学講演会講演論文集,No.03〜26、及び、「レインフロー法と疲労限度線図を用いた実働荷重疲労に関する構造物信頼性評価」座古 勝、倉敷 哲生、中井 啓晶,pp.8〜12,2005,日本材料学会,Vol.54,No.1)。ここで、換算応力は、S−N線図の各疲労寿命において疲労強度分布が等しくなる、という仮定に基づいて、図10のP102に示すように、取得したデータを疲労寿命Nにおける強度に換算した値である。この換算応力を用いることによって、異なる疲労寿命のデータを、換算応力に代えて疲労強度分布として考えることが可能になる。換算寿命も同様に、S−N線図の各疲労強度において疲労寿命分布が等しくなるという仮定に基づいて、データをある応力振幅における寿命に換算した値である。これらの概念を用いることによって、全ての試験結果から、疲労強度分布や疲労寿命分布を推定することが可能になる。 In creating this fatigue limit distribution, it is preferable that there are three or more data per stress level at three stress levels, but Zako et al. Proposed to obtain the fatigue strength distribution from less data. The definition of converted stress and converted life may be used ("Study on Fracture Probability Evaluation Method Considering Uncertainty of Average Stress and Stress Amplitude" Masaru Zako, Tetsuo Kurashiki, Hiroaki Nakai, pp.845-846 , 2003, JSME 16th Computational Mechanics Lecture Proceedings, No.03-26, and "Structural Reliability Evaluation for Actual Load Fatigue Using Rainflow Method and Fatigue Limit Diagram" Masaru Zako Tetsuo Kurashiki, Hiroaki Nakai, pp.8-12, 2005, Japan Society of Materials Science, Vol.54, No.1). Here, the converted stress is based on the assumption that the fatigue strength distribution is equal in each fatigue life of the SN diagram, and the acquired data is converted into the strength at the fatigue life Nc as shown in P102 of FIG. It is a converted value. By using this converted stress, data of different fatigue lives can be considered as a fatigue strength distribution instead of the converted stress. Similarly, the converted life is a value obtained by converting the data into the life at a certain stress amplitude based on the assumption that the fatigue life distribution is equal in each fatigue strength of the SN diagram. By using these concepts, it is possible to estimate the fatigue strength distribution and fatigue life distribution from all test results.

さらに、疲労試験で、試験での繰り返し数の上限を設定し、その回数に達したら試験を打ち切ることにした場合は、打ち切った試験データは打ち切りデータとして取り扱うことになる。この場合の疲労試験の分布推定にはJonson法を用いればよい。   Furthermore, in the fatigue test, when the upper limit of the number of repetitions in the test is set and the test is terminated when the number is reached, the aborted test data is handled as the abort data. In this case, the Jonson method may be used to estimate the fatigue test distribution.

次に、累積損傷則を用いた疲労寿命推定について説明する。異なる応力振幅荷重の組み合わせによる疲労寿命は、各応力振幅負荷による疲労損傷をS−N線図から推定し、それを基に、線形累積損傷則の計算方法によって求めることができる。ここで、応力振幅σ,σ,…,σが単独で繰り返し与えられた時の疲労寿命を、N,N,…,Nとし、それぞれの応力振幅が、n,n,…,n回繰り返される場合、それぞれの応力の疲労損傷は、n/N,n/N,…,n/Nと考える。そうして、それぞれの応力が組み合わさって作用したときの累積損傷度をD=Σ(n/N)と考える。この累積損傷度Dが1になったとき(D=Σ(n/N)=1)が疲労寿命であると考える(線形累積損傷則又はマイナー則)。ここで、マイナー則では、応力振幅が疲労限度以下ではNが無限大と考えるが、疲労寿命がばらつきを有すること、また疲労限度以下の応力振幅を完全に無視することは危険であるため、S−N曲線の傾斜部を疲労限度以下に延長することによって、疲労限度以下の応力振幅を考慮した、修正マイナー則による寿命評価を行う。 Next, fatigue life estimation using the cumulative damage law will be described. The fatigue life due to the combination of different stress amplitude loads can be obtained by estimating the fatigue damage due to each stress amplitude load from the SN diagram and calculating the linear cumulative damage law based on the fatigue life. Here, the fatigue life when the stress amplitudes σ 1 , σ 2 ,..., Σ i are repeatedly given independently is defined as N 1 , N 2 ,..., Ni , and the respective stress amplitudes are n 1 , n 2, ..., if repeated n i times, fatigue damage of the respective stresses, n 1 / n 1, n 1 / n 1, ..., considered n i / n i. Thus, the cumulative damage degree when each stress acts in combination is considered as D = Σ (n i / N i ). When this cumulative damage degree D becomes 1 (D = Σ (n i / N i ) = 1), it is considered that it is a fatigue life (linear cumulative damage law or minor law). Since the Miner's law, the stress amplitude is less fatigue limit is N i is considered infinite fatigue life may have a variation, also it is dangerous to completely ignore the stress amplitude below the fatigue limit, By extending the slope of the SN curve below the fatigue limit, the life evaluation is performed according to the modified minor rule in consideration of the stress amplitude below the fatigue limit.

実働荷重が部材に与えている疲労損傷を評価するには、作用している応力値の頻度を求めることが必要である。ここでは、実働荷重の応力頻度解析に、材料の応力−ひずみ挙動との対応性が良い、レインフロー法を用いる(図10のP104参照)。これによって、平均応力と応力振幅の組み合わせと、その応力の繰り返し数とが得られる。こうして算出した平均応力と応力振幅の組み合わせを、疲労限度線図上にプロットし(図10のP105参照)、これと、破壊確率を考慮した疲労限度線図とを組み合わせる(図10のP106参照)。P106は、様々な繰り返し応力に対して、疲労寿命を変化させて疲労限度線図を描写した模式図を示しており、レインフロー解析により得られる各繰り返し応力に対し、同じ破壊確率において損傷度を計算し、それらの損傷度を累積することにより、実働荷重1サイクルによる累積損傷度Dpfが計算される。言い換えると、この実働荷重が1/Dpfサイクル繰り返された際に、破壊確率Pで疲労破壊に至る。よって、この破壊確率Pを増分しながら、実働荷重に対する寿命を繰り返し計算することによって、破壊確率と実働時間との関係が得られる。この手法を地震動に対応させると、単一の地震毎に破壊確率が求められ、各地震の破壊確率を累積することにより、想定する地震動の発生回数に対する破壊確率を、例えば図10のP107に例示するように、算出することができる。ここでTは、発生した地震の回数であり、発生回数の増大に伴い、破壊確率が増加している。 In order to evaluate the fatigue damage given to the member by the actual load, it is necessary to determine the frequency of the stress value acting. Here, the rain flow method having good correspondence with the stress-strain behavior of the material is used for the stress frequency analysis of the actual load (see P104 in FIG. 10). As a result, a combination of average stress and stress amplitude and the number of repetitions of the stress are obtained. The thus calculated combination of average stress and stress amplitude is plotted on a fatigue limit diagram (see P105 in FIG. 10), and this is combined with a fatigue limit diagram in consideration of the fracture probability (see P106 in FIG. 10). . P106 shows a schematic diagram depicting a fatigue limit diagram by changing the fatigue life with respect to various repeated stresses. For each repeated stress obtained by the rainflow analysis, the damage degree is determined at the same failure probability. By calculating and accumulating the degree of damage, the cumulative damage degree D pf by one cycle of the actual load is calculated. In other words, when the production load is repeated 1 / D pf cycles, leading to fatigue fracture in fracture probability P f. Thus, while incrementing the failure probability P f, by repeatedly calculating a lifetime for production load, the relationship between the production time and the fracture probability is obtained. When this method is applied to earthquake motion, the failure probability is obtained for each single earthquake, and the failure probability with respect to the number of occurrences of the expected earthquake motion is illustrated by, for example, P107 in FIG. 10 by accumulating the failure probability of each earthquake. As such, it can be calculated. Here, T is the number of earthquakes that have occurred, and the probability of destruction increases as the number of occurrences increases.

この累積損傷破壊に関する複数シナリオ地震は、入力装置11を通じて、例えばユーザによって設定入力される。複数シナリオ地震としては、例えば互いに異なる震度階級の3つの地震が発生するとして、「1回目の地震の計測震度I=6.25、震度階級が6強、2回目の地震の計測震度I=7.0、震度階級が7、及び3回目の地震の計測震度I=5.25、震度階級が5強」といったように、複数シナリオ地震が具体的に適宜設定されることになる。また、例えば乱数発生等を利用して、演算処理装置14が複数シナリオ地震を自動的に設定してもよい。   The multi-scenario earthquake relating to the cumulative damage destruction is set and input by the user, for example, through the input device 11. As a multi-scenario earthquake, for example, three earthquakes with different seismic intensity classes are generated. “Measured seismic intensity I of the first earthquake I = 6.25, seismic intensity class 6 strong, second seismic intensity I = 7 The multi-scenario earthquake is specifically set as appropriate, such as “0.0, seismic intensity class 7 and measured earthquake intensity I = 5.25 of the third earthquake, and seismic intensity class 5”. Further, for example, the arithmetic processing unit 14 may automatically set a plurality of scenario earthquakes using random number generation or the like.

累積損傷確率算出部224は、記憶部24等に記憶されている複数シナリオ地震の情報に基づいて、前述したように、一つのシナリオ地震に対する、解析対象物の損傷度(D値)を算出し、それを累積することによって、複数の地震(地震の回数)に対する破壊確率を算出することになる。   As described above, the cumulative damage probability calculation unit 224 calculates the damage degree (D value) of the analysis object for one scenario earthquake based on the information on the multiple scenario earthquakes stored in the storage unit 24 or the like. By accumulating them, the failure probability for a plurality of earthquakes (number of earthquakes) is calculated.

このようにして複数シナリオ地震に関しては、そのシナリオ毎に、各解析対象物の損傷の発生確率が算出され、算出された損傷の発生確率は、その解析対象物と対応付けられて、記憶装置13に記憶され、図12に示すようなSeismic P−FMEAのワークシートにおける発生確率の欄が、埋められることになる。尚、S−P−FMEAワークシートは、複数シナリオ地震については、シナリオ毎に作成されることになる。   In this way, regarding the multi-scenario earthquake, the occurrence probability of damage of each analysis object is calculated for each scenario, and the calculated occurrence probability of damage is associated with the analysis object, and the storage device 13 The occurrence probability column in the Seismic P-FMEA worksheet as shown in FIG. 12 is filled in. Note that the SP-FMEA worksheet is created for each scenario for multiple scenario earthquakes.

以上のようにして、このシステム1では、構造物の耐力及び地震の外力についてのばらつきを考慮しつつ、単一シナリオ地震に係る初通過破壊、滑動及び転倒の各損傷モードの発生確率、及び、複数シナリオ地震に係る累積損傷破壊の発生確率を、数値として算出するという特徴を有し、この定量化が、このシステム1の地震リスク評価の信頼性を高める。   As described above, in this system 1, the occurrence probability of each damage mode of first-pass failure, sliding and falling associated with a single scenario earthquake, taking into account variations in the structural strength and the external force of the earthquake, and The probability of occurrence of cumulative damage destruction related to a multi-scenario earthquake is calculated as a numerical value, and this quantification increases the reliability of the earthquake risk evaluation of the system 1.

(リスク評価部)
リスク評価部23は、前記の損傷確率演算部22における各算出部221〜224が算出した各損傷モードの発生確率と、予めユーザによって、入力装置11を通じてシステム1に設定入力されて、記憶手段13に記憶されている影響度と、に基づいて、リスクを算出する。具体的には、このシステム1では、前述したように、FMEAを基にして、地震リスクに特化したS−P−FMEAを定義している。このS−P−FMEAでは、各解析対象物の損傷モード(一般的なFMEAにおける故障モードに相当)の発生確率と、当該解析対象物の価値損失の大きさを表す影響度との積を、地震によるリスクと定義して、地震リスクの定量的な指標とする。S−P−FMEAは、一般的なFMEAと比較したときに、損傷モードの発生確率を含めている点が特徴的である。
(Risk assessment department)
The risk evaluation unit 23 is set and input to the system 1 through the input device 11 by the user in advance and the occurrence probability of each damage mode calculated by the calculation units 221 to 224 in the damage probability calculation unit 22, and the storage unit 13. The risk is calculated based on the degree of influence stored in. Specifically, in the system 1, as described above, SP-FMEA specialized for earthquake risk is defined based on FMEA. In this SP-FMEA, the product of the occurrence probability of the damage mode of each analysis object (corresponding to a failure mode in a general FMEA) and the degree of influence representing the magnitude of value loss of the analysis object, It is defined as an earthquake risk and is used as a quantitative index of earthquake risk. SP-FMEA is characterized in that it includes the probability of occurrence of a damage mode when compared with general FMEA.

図12は、S−P−FMEAワークシートの一例を示している。このS−P−FMEAワークシートは、前述したように、記憶装置13(及びデータ記憶部24)に記憶されている。S−P−FMEAワークシートにおける、損傷モードの発生確率の欄は、前述したように、損傷確率演算部によって算出された発生確率によって埋められている。一方、S−P−FMEAワークシートにおける、影響度の欄は、ユーザが設定入力をする。つまり、ユーザは、例えば解析対象物の選定、及び、その損傷モードの決定と共に、各解析対象物の影響度を、数値として適宜設定し、これを入力装置11を通じてシステム1に入力する。入力された各解析対象物の影響度は、その解析対象物と対応付けられて記憶装置13に記憶されることになる。ここで、「影響度」には、地震に起因して生じたトラブルについての復旧に要する時間やコストが含まれ、特にこの例では、長期安定性試験がストップしてしまうことにより、新医薬品の製造販売の承認申請が遅れてしまうことによる損失額も含まれる。   FIG. 12 shows an example of an SP-FMEA worksheet. As described above, the SP-FMEA worksheet is stored in the storage device 13 (and the data storage unit 24). In the SP-FMEA worksheet, the damage mode occurrence probability column is filled with the occurrence probability calculated by the damage probability calculation unit, as described above. On the other hand, the user makes a setting input for the influence level column in the SP-FMEA worksheet. That is, for example, the user selects the analysis object and determines the damage mode, and appropriately sets the influence degree of each analysis object as a numerical value, and inputs this to the system 1 through the input device 11. The degree of influence of each input analysis object is stored in the storage device 13 in association with the analysis object. Here, “impact level” includes the time and cost required for recovery from trouble caused by an earthquake. In particular, in this example, the long-term stability test stops, This includes losses due to delayed application for approval for manufacturing and sales.

個々の損傷要素(解析対象物)に対するリスク評価を行う場合は、発生確率と影響度の積を算出することによって評価が可能である。しかしながらS−P−FMEAでは、リスクを考える目的に対する損傷、つまり評価対象の損傷に至るまでのプロセスが明示されていないため、このままでは目的となる評価対象のリスクを算出することができない。そこで、このシステム1では、リスク分析手法であるETAを用いて損傷に至るまでのプロセスを明確にし、このS−P−FMEAとETAとの組み合わせにより、リスクを算出する。図13は、リスク抽出表の一例を示している。ここでは、リスクの対する評価対象は、検体破損と、データ消失との2つであり、検体破損には、棚から落下(イベント(I))、電源抜けによる装置停止(イベント(II))、給水抜けによる給水停止(イベント(III))、冷媒配管抜けによる温湿度逸脱(イベント(IV))、センサー落下(イベント(V))、基板落下(イベント(VI))、及び、短絡による発火(イベント(VII))が含まれ、データ消失には、PC用ラック転倒(イベント(VIII))、PC用電源線抜け(イベント(IX))、及びデバイス損傷(イベント(X))が含まれている。このリスク抽出表は、ユーザによる入力装置11の操作を通じてシステム1に入力して、記憶装置13に記憶するようにすればよい。   When performing risk assessment for individual damaged elements (analysis objects), the assessment can be performed by calculating the product of the probability of occurrence and the degree of influence. However, in SP-FMEA, the damage to the purpose of considering the risk, that is, the process up to the damage of the evaluation target is not specified, and therefore the target evaluation target risk cannot be calculated as it is. Therefore, in this system 1, a process up to damage is clarified using ETA which is a risk analysis technique, and a risk is calculated by a combination of SP-FMEA and ETA. FIG. 13 shows an example of the risk extraction table. Here, there are two assessment targets for risk: specimen breakage and data loss. Sample breakage includes falling from the shelf (event (I)), device shutdown due to power loss (event (II)), Water supply stop due to missing water supply (event (III)), temperature / humidity deviation due to missing refrigerant pipe (event (IV)), sensor drop (event (V)), board fall (event (VI)), and ignition due to short circuit ( Event (VII)), data loss includes PC rack overturning (event (VIII)), PC power line disconnection (event (IX)), and device damage (event (X)) Yes. This risk extraction table may be input to the system 1 through operation of the input device 11 by the user and stored in the storage device 13.

リスク評価部23は先ず、ET(Event Tree)を作成する。ETは、イベント発生の論理的順序を図式的に表現するものであり、これによってトップイベント(ここでは検体破損とデータ破損)に至るまでのプロセスを明確にし、各プロセスでの損傷モード発生確率が算出可能になる。ETの作成は、記憶装置13からリスク抽出表及びS−P−FMEAワークシートを読み出すと共に、それをディスプレイに表示(出力装置12による出力)しながら、ユーザが入力装置11を操作することによって作成するようにしてもよい。例えば図14は、図13のリスク抽出表におけるイベント(I)に対応するETである。こうして予め設定したリスク抽出表に含まれる全てのイベントについて、ETを作成する。尚、地震発生からトップイベントに至るまでのプロセスが存在しない場合もある(つまり、図12における、損傷要素の損傷モードがそのままトップイベントの発生確率となる場合もあり得る)。作成したETは、そのイベントと対応付けられて、記憶装置13(又はデータ記憶部24)に記憶されることになる。   The risk evaluation unit 23 first creates an ET (Event Tree). ET is a schematic representation of the logical sequence of event occurrence, which clarifies the process leading to the top event (in this case, specimen corruption and data corruption), and the probability of damage mode occurrence in each process. It becomes possible to calculate. The ET is created by the user operating the input device 11 while reading the risk extraction table and the SP-FMEA worksheet from the storage device 13 and displaying them on the display (output by the output device 12). You may make it do. For example, FIG. 14 is an ET corresponding to the event (I) in the risk extraction table of FIG. In this way, ETs are created for all the events included in the preset risk extraction table. In some cases, there is no process from the occurrence of an earthquake to the top event (that is, the damage mode of the damaged element in FIG. 12 may directly become the occurrence probability of the top event). The created ET is associated with the event and stored in the storage device 13 (or data storage unit 24).

リスク評価部23はまた、作成したETを用いて各イベントの発生確率を算出する(図3の231参照)。具体的には、図14に示すように、リスク評価部23は、作成したETを記憶装置13(又はデータ記憶部24)から読み出し、そこにおける各プロセスの発生確率P(i=A〜Z)に、同じく記憶装置13(又はデータ記憶部24)から読み出したS−P−FMEAワークフローの発生確率の値を代入する。そうして、各プロセスの確率を乗算することにより、発生確率Pfxを算出すると共に、その最大値P(MAX)を、当該イベントの発生確率とする。前述したように、損傷モードの発生確率が震度階級毎に算出されて、S−P−FMEAワークフローが震度階級毎に作成されている(例えば図14は、震度階級が6弱の時の例である)ことに対応して、このイベントの発生確率の算出は、震度階級毎に行われる。 The risk evaluation unit 23 also calculates the occurrence probability of each event using the created ET (see 231 in FIG. 3). Specifically, as shown in FIG. 14, the risk evaluation unit 23 reads the created ET from the storage device 13 (or the data storage unit 24), and the occurrence probability P i (i = A to Z) of each process there. The value of the occurrence probability of the SP-FMEA workflow read out from the storage device 13 (or the data storage unit 24) is also substituted. Then, the occurrence probability Pfx is calculated by multiplying the probabilities of the respective processes, and the maximum value P (MAX) is set as the occurrence probability of the event. As described above, the occurrence probability of the damage mode is calculated for each seismic intensity class, and the SP-FMEA workflow is created for each seismic intensity class (for example, FIG. 14 is an example when the seismic intensity class is less than 6). Correspondingly, the occurrence probability of this event is calculated for each seismic intensity class.

一方、各イベントの影響度は、前記のETにおいて各イベントに含まれるプロセスの影響度を和によって算出される(図3の232参照)。図14の例では、影響度は、α+α+αとなる。尚、各プロセスの影響度を、震度階級毎に設定するようにして、各イベントの影響度を、震度階級毎に算出するようにしてもよい。 On the other hand, the degree of influence of each event is calculated by summing the degree of influence of the process included in each event in the ET (see 232 in FIG. 3). In the example of FIG. 14, the influence degree is α A + α B + α D. The influence degree of each process may be set for each seismic intensity class, and the influence degree of each event may be calculated for each seismic intensity class.

そうして、各イベントについて、発生確率(最大発生確率)を震度階級毎に算出すると共に、影響度を算出すれば、リスク評価部23は、それに基づいて、リスクマトリックスを作成する。図15は、リスクマトリックスの一例を示している。このリスクマトリックスは、縦軸に発生確率、横軸に影響度をとって、各イベントの値(図例では(I)〜(VIII)、尚、(I)〜(VIII)は図13に対応している)を、震度階級毎にプロットして構成されている。発生確率が高いほど、地震発生時に損傷が起こり易く、影響度が大きいほど、地震発生時の損傷による被害が大きい、ことから、このリスクマトリックスにおける相対的に左下の領域は、許容可能な領域となり、相対的に右上の領域は、許容不可の領域となる。また、発生確率が比較的高い、及び/又は影響度が比較的高いときには、何らかの対策が必要と判断することができる。対策としては、例えば、既存の安定性試験システムの評価の場合には、その既存の安定性試験システムの、所定箇所を補強する等の対策が挙げられ、安定性試験システムの設計段階の場合には、設計変更等の対策が挙げられる。このように、リスクマトリックスは、震度階級毎に、リスクを構成する発生確率及び影響度の双方の影響を考慮した評価が可能となる。   Then, for each event, the occurrence probability (maximum occurrence probability) is calculated for each seismic intensity class, and if the influence degree is calculated, the risk evaluation unit 23 creates a risk matrix based on that. FIG. 15 shows an example of the risk matrix. In this risk matrix, the vertical axis indicates the probability of occurrence and the horizontal axis indicates the degree of influence. The values of each event ((I) to (VIII) in the example, (I) to (VIII) correspond to FIG. Are plotted for each seismic intensity class. The higher the probability of occurrence, the more likely damage will occur at the time of the earthquake, and the greater the degree of impact, the greater the damage caused by the damage at the time of the earthquake, so the lower left area in this risk matrix is an acceptable area. The relatively upper right area is an unacceptable area. Further, when the occurrence probability is relatively high and / or the influence degree is relatively high, it can be determined that some countermeasure is necessary. As measures, for example, in the case of evaluation of an existing stability test system, measures such as reinforcing a predetermined part of the existing stability test system can be cited. Measures such as design changes. In this way, the risk matrix can be evaluated for each seismic intensity class in consideration of the effects of the occurrence probability and the degree of influence constituting the risk.

このリスクマトリックスに代えて、又は、リスクマトリックスと共に、各イベント毎の発生確率及びリスク(リスク=発生確率×影響度)を算出するようにしてもよい。   Instead of this risk matrix or together with the risk matrix, the occurrence probability and risk for each event (risk = occurrence probability × influence degree) may be calculated.

こうした作成したリスクマトリックスや、リスクの値は、ディスプレイに表示されたり、プリンタに出力されたり(出力装置12の出力)、又は、記憶装置13に記憶される。   The created risk matrix and risk values are displayed on a display, output to a printer (output of the output device 12), or stored in the storage device 13.

以上説明したように、この地震リスク評価システム1では、地震リスクの評価対象を構成する各解析対象物の損傷発生の評価として、信頼性工学に基づく、確率論的な手法を用いた評価を採用している。具体的には、解析対象物の耐力に関連する特性及び地震外力を確率変数として損傷モードの発生確率を算出している。このことにより、解析対象物の耐力等のばらつき、具体的には材料物性等のばらつきや地震外力のばらつきが考慮される結果、解析対象物の損傷モードの発生確率を、高い信頼性でもって、数値化し得る。このことが、地震リスク評価システム1のリスク評価の定量化、及び、それに伴う評価の高信頼性を実現する。   As described above, this earthquake risk evaluation system 1 employs an evaluation using a probabilistic method based on reliability engineering as an evaluation of the occurrence of damage to each analysis object constituting the evaluation object of the earthquake risk. is doing. Specifically, the occurrence probability of the damage mode is calculated by using the characteristics related to the proof stress of the analysis object and the seismic external force as random variables. As a result, the variation in the yield strength of the analysis object, specifically the variation in the material physical properties, etc. and the variation in the external force of the earthquake are taken into account. Can be quantified. This realizes the quantification of the risk assessment of the earthquake risk assessment system 1 and the high reliability of the assessment associated therewith.

また、解析対象物の損傷モードを、単一シナリオ地震に起因する損傷モードと、複数シナリオ地震に起因する損傷モードと、に分けて考えることにより、損傷モードを適切に評価し得るようになる。また、単一シナリオ地震に起因する損傷モードとして、初通過破壊、滑動及び転倒の3つの損傷モードを設定する一方で、所定の確率式(式(4),(6),(7))及び評価式に基づいて、それらの損傷モードの発生確率を算出することで、互いに異なる損傷モードを、同じ基準で評価し得るようになる。複数シナリオ地震に起因する累積損傷破壊についても同様に、他の損傷モードと同じ基準で評価し得る。   Moreover, the damage mode can be appropriately evaluated by considering the damage mode of the analysis object separately into the damage mode due to the single scenario earthquake and the damage mode due to the multiple scenario earthquake. In addition, as damage modes caused by a single scenario earthquake, three damage modes of first-pass failure, sliding and falling are set, while predetermined probability formulas (Equations (4), (6), (7)) and By calculating the probability of occurrence of these damage modes based on the evaluation formula, different damage modes can be evaluated based on the same standard. Similarly, cumulative damage fractures resulting from multi-scenario earthquakes can be evaluated using the same criteria as other damage modes.

また、リスク評価として、S−P−FMEAを定義することにより、FMEAを地震リスク評価に特化し得ると共に、そのS−P−FMEAとETAとを組み合わせることで、リスク評価を定量化して、地震リスク評価の高い信頼性を確保し得る。   In addition, by defining SP-FMEA as risk assessment, FMEA can be specialized in earthquake risk assessment, and by combining the SP-FMEA and ETA, the risk assessment can be quantified High reliability of risk assessment can be secured.

さらに、リスク評価の結果として、損傷モードの発生確率、影響度、及び震度の3つのパラメータに基づくリスクマトリックスを作成することで、リスクを構成する、発生確率及び影響度の双方を考慮した評価が可能となる。   Furthermore, as a result of risk assessment, by creating a risk matrix based on the three parameters of damage mode occurrence probability, impact level, and seismic intensity, the risk can be evaluated in consideration of both the occurrence probability and impact level. It becomes possible.

従って、この地震リスク評価システム1では、例えば振動台を用いた実機の耐震特性評価に依らずとも、高い信頼性を有する地震リスク評価が可能であり、地震リスク評価を簡易に行い得る。このことは、地震リスク評価に要する時間及びコストを削減する上で、極めて有効である。   Therefore, in this earthquake risk evaluation system 1, for example, it is possible to perform earthquake risk evaluation with high reliability without relying on the earthquake resistance characteristic evaluation of an actual machine using a shaking table, and the earthquake risk evaluation can be easily performed. This is extremely effective in reducing the time and cost required for earthquake risk assessment.

尚、前述したように、この地震リスク評価システム1の評価対象は、恒温恒湿室でなくてもよく、例えば他の環境試験を行う試験システムに対しても適用可能である。またそうした試験システムに限定されるものではなく、その他の種々のシステム等(例えば、所定の建屋に設置された各種のサーバー装置等を含むデータセンター等)の地震リスク評価に利用することが可能である。   As described above, the evaluation target of the earthquake risk evaluation system 1 does not have to be a constant temperature and humidity chamber, and is applicable to a test system that performs other environmental tests, for example. In addition, it is not limited to such a test system, and can be used for earthquake risk assessment of various other systems (for example, data centers including various server devices installed in a predetermined building). is there.

以上説明したように、ここに開示した地震リスク評価システムは、振動台等を用いなくても、定量的な地震リスク評価が可能であり、短時間かつ低コストで、高い信頼性を有する地震リスク評価が可能な点で、各種のシステム等の地震リスク評価に有用である。   As explained above, the earthquake risk evaluation system disclosed herein can perform quantitative earthquake risk evaluation without using a shaking table, etc., and can provide a highly reliable earthquake risk in a short time and at a low cost. It is useful for seismic risk assessment of various systems because it can be evaluated.

1 地震リスク評価システム
11 入力装置(入力部)
12 出力装置(出力部)
13 記憶装置(記憶部)
14 演算処理装置(演算処理部)
1 Earthquake risk assessment system 11 Input device (input unit)
12 Output device (output unit)
13 Storage device (storage unit)
14 Arithmetic processing device (arithmetic processing unit)

Claims (7)

所定の評価対象の地震リスクを評価する地震リスク評価システムであって、
ユーザが操作可能に構成されて、当該操作に対応した情報を出力する入力部、
各種の情報を、前記ユーザが認識可能に出力する出力部、
各種情報を記憶する記憶部、及び、
前記入力部、出力部及び記憶部に対し情報の授受可能に接続され、各種の演算を実行する演算処理部、を備え、
前記記憶部は、地震発生時に損傷を受けることによって、前記評価対象に影響を及ぼし得る解析対象物に関する情報を記憶しており、
前記演算処理部は、
前記解析対処物に関する情報を前記記憶部から読み込み、
前記解析対象物に入力される地震動を模擬した設計用入力波形が前記解析対象物に入力されたときの応答出力を、前記記憶部に記憶されている所定の応答算出式に従って算出し、
前記算出した応答出力と、前記解析対象物の耐力に関連する特性とに基づき、前記応答出力及び耐力に関連する特性の内、少なくとも応答出力を確率変数として、前記解析対象物に損傷モードが発生する確率である損傷確率を、前記記憶部に記憶されている所定の確率算出式に従って算出し、
前記算出した損傷確率と、前記記憶部に記憶されている前記解析対象物に損傷モードが発生したときの価値損失の大きさを表す影響度の情報と、に基づくリスク評価結果を作成し、
前記作成したリスク評価結果を、前記出力部を通じて出力する
地震リスク評価システム。
An earthquake risk evaluation system for evaluating an earthquake risk of a predetermined evaluation object,
An input unit configured to be operable by the user and outputting information corresponding to the operation;
An output unit that outputs various types of information so that the user can recognize the information,
A storage unit for storing various information; and
An arithmetic processing unit that is connected to the input unit, the output unit, and the storage unit so as to be able to exchange information, and executes various types of calculations.
The storage unit stores information on an analysis target that may affect the evaluation target by being damaged when an earthquake occurs,
The arithmetic processing unit
Read information about the analysis object from the storage unit,
A response output when a design input waveform simulating the earthquake motion input to the analysis target is input to the analysis target is calculated according to a predetermined response calculation formula stored in the storage unit,
Based on the calculated response output and the characteristics related to the strength of the analysis object, a damage mode occurs in the analysis object using at least the response output as a random variable among the characteristics related to the response output and the strength. A damage probability that is a probability of performing according to a predetermined probability calculation formula stored in the storage unit,
Create a risk assessment result based on the calculated damage probability and information on the degree of influence representing the magnitude of value loss when a damage mode occurs in the analysis object stored in the storage unit,
An earthquake risk evaluation system for outputting the created risk evaluation result through the output unit.
請求項1に記載の地震リスク評価システムにおいて、
前記演算処理部は、単一回の地震動に起因する損傷モードとして、初通過破壊、滑動、及び転倒の内の少なくとも1つの損傷モードの発生確率を算出する地震リスク評価システム。
In the earthquake risk evaluation system according to claim 1,
The said arithmetic processing part is an earthquake risk evaluation system which calculates the probability of occurrence of at least one damage mode among first-pass failure, sliding, and falling as a damage mode caused by a single earthquake motion.
請求項1又は2に記載の地震リスク評価システムにおいて、
前記演算処理部は、複数回の地震動に起因する損傷モードとして、累積損傷破壊の発生確率を算出する地震リスク評価システム。
In the earthquake risk evaluation system according to claim 1 or 2,
The arithmetic processing unit is an earthquake risk evaluation system that calculates an occurrence probability of cumulative damage destruction as a damage mode caused by a plurality of earthquake motions.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の地震リスク評価システムにおいて、
前記演算処理部は、リスク評価として、
各解析対象物についての損傷の発生確率と影響度とを含むFMEAワークシートを作成し、
地震発生時に、前記評価対象の損傷を生じ得るイベントの発生プロセスを、イベントツリー解析と前記FMEAワークシートとの組み合わせによって解析して、前記イベントの発生確率及び当該イベント発生による影響度を算出する地震リスク評価システム。
In the earthquake risk evaluation system according to any one of claims 1 to 3,
The arithmetic processing unit, as risk assessment,
Create an FMEA worksheet containing the probability and impact of damage for each analysis object,
An earthquake in which an occurrence process of an event that may cause damage to the evaluation object is analyzed by a combination of an event tree analysis and the FMEA worksheet, and an occurrence probability of the event and an influence degree due to the occurrence of the event are calculated. Risk assessment system.
請求項4に記載の地震リスク評価システムにおいて、
前記演算処理部は、
前記イベントの発生確率を震度階級毎に算出すると共に、前記イベントの発生確率、当該イベント発生による影響度及び震度階級の3つのパラメータを含むリスクマトリックスを作成し、これを前記出力部を通じて出力する地震リスク評価システム。
In the earthquake risk evaluation system according to claim 4,
The arithmetic processing unit
An earthquake in which the occurrence probability of the event is calculated for each seismic intensity class, and a risk matrix including three parameters of the occurrence probability of the event, the influence degree due to the event occurrence, and the seismic intensity class is generated and output through the output unit Risk assessment system.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の地震リスク評価システムにおいて、
前記記憶部は、前記解析対象物が設置されている床面の定常振動の時刻歴加速度データの計測値と、地震動の経時特性を示す所定の関数と、を記憶しており、
前記演算処理部は、前記計測値と前記関数とを組み合わせた波形を作成すると共に、前記入力部を通じて設定入力された震度階級に応じて、前記波形の振幅を増幅することによって、前記設定入力された震度階級に対応する、前記設計用入力波形を作成する地震リスク評価システム。
In the earthquake risk evaluation system according to any one of claims 1 to 5,
The storage unit stores a measurement value of time history acceleration data of stationary vibration of a floor surface on which the analysis object is installed, and a predetermined function indicating a temporal characteristic of seismic motion,
The arithmetic processing unit creates the waveform that combines the measurement value and the function, and amplifies the amplitude of the waveform according to the seismic intensity class that is set and input through the input unit. An earthquake risk evaluation system for creating the design input waveform corresponding to a seismic intensity class.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の地震リスク評価システムにおいて、
前記評価対象は、所定の検体の保存安定性を試験するための環境試験装置である地震リスク評価システム。
In the earthquake risk evaluation system according to any one of claims 1 to 6,
The evaluation object is an earthquake risk evaluation system which is an environmental test apparatus for testing the storage stability of a predetermined specimen.
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