JP3310873B2 - 水中衝撃圧力発生装置 - Google Patents

水中衝撃圧力発生装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静的水中圧力が負
荷するときの水中の構造物に発生する、静的ひずみを計
測するようにした試験タンク内に、さらに、衝撃水圧を
発生させ構造物に発生する動的ひずみをも計測できる
ようにした水中衝撃圧力発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、水中に設けた構造物に衝撃水圧を
負荷して、水中構造物に発生する動的ひずみを計測する
ために、水中構造物が設置されている試験タンク内に、
衝撃水圧を発生させる装置としては、米国で使用されて
いる、爆薬の爆発力を利用して衝撃水圧を発生させるよ
うにした水中衝撃圧力発生装置がある。しかしながら、
このような爆薬を利用した装置では、爆薬を取り扱う上
での安全・管理上の問題点があり、通常の静的水中圧力
を負荷して水中構造物に発生する静的ひずみ等を計測す
るために設けられている、試験タンク等の試験装置に組
み込み利用することは適当でなかった。
【0003】また、衝撃水圧を発生させるために、水の
流動を急激に起して、衝撃水圧を発生させることも考え
られるが、この水の流動により、試験タンク内等に衝撃
水圧を発生させるためには、 (1)水の流動をmsecオーダ以下瞬時に発生させ
る必要がある。 (2)衝撃水圧のピーク値を大きくするためには、水の
流動を多くする必要がある。
【0004】しかしながら、上述した水の流動を瞬時に
生じさせるためには、従来、圧力の異なるタンクの間を
連結する連接管に通常設けられている弁等では、開口応
答が遅く、衝撃水圧を発生させることは不可能である。
また、水は非圧縮性の流体であり、圧力差を大きくして
も、上述した試験タンク内に多量の水を流入させること
は困難であり、衝撃水圧のピーク値を大きくすることは
難しい。従って、爆薬の爆破力を利用する代わりに高水
圧タンクから試験タンクへ瞬時に(多量の)水を流動さ
せることにより、試験タンク内に(ピーク値の大きい)
衝撃水圧を発生させるようにした、水中衝撃圧力発生装
置は、これまで実現されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、水の流動に
より衝撃水圧を発生させるために必要な、瞬時に水の流
動、すなわち、動圧を生じさせることができるようにし
て、安全、管理上の問題点のある爆薬を使用しなくて
も、衝撃水圧を発生できるようにし、静的水中圧力が負
荷するときの構造物のひずみを計測するようにした、試
験タンク内に設置された水中構造物の動的ひずみ等を計
測することを可能にし、しかも、従来困難とされてい
た、瞬時に発生させた水の流動により生じる、衝撃水圧
のピーク値を大きくするために必要な、多量の水流を瞬
時に生じさせることができるようにして、より大きなピ
ーク値をもつ衝撃水圧を発生できるようにして、より大
きな衝撃水圧を水中構造物に負荷して、大きな衝撃水圧
で生じる水中構造物の動的ひずみを計測できるようにし
た水中衝撃圧力発生装置を提供することを課題とする。
【0006】削除
【0007】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の水中
衝撃圧力発生装置は、次の手段とした。 (1)静的水中圧力若しくは動的水中圧力を負荷する構
造物を内部に設置した試験タンクと、試験タンクに近接
して並設され高圧の水が充填された高水圧タンクとを連
結する連接管内に設けられ、試験タンク内と高水圧タン
ク内とを仕切るとともに、瞬時に破裂開口して試験タン
ク内と高水圧タンク内とを連通して、高水圧タンク内の
水を試験タンク内に流動させて、試験タンク内に衝撃圧
力を発生させるラプチャディスクを設けた。(2)試験タンク内に衝撃水圧を発生させるラプチャデ
ィスクの破断開口とともに膨張して、高水圧タンクから
試験タンクへ流出する水量を増大させる、中空ゴム球を
高水圧タンク内に設けた。
【0008】なお、上述の手段において、ラプチャディ
スクは、試験タンク内と高水圧タンク内の差圧が所定の
値に到達したときに、この差圧によって破裂開口するよ
うにしたものでも、外部から信号を送り、この信号によ
り破裂開口させるようにしたものでも良い。また、この
ラプチャディスクは、3msec〜10msecで水の
流動、すなわち動圧を生じさせることができる破裂開
を形成できるものにすることが好ましい。さらに、中
空ゴム球は、ラプチャディスクの破断開口時の高水圧タ
ンク内の水の圧力に対応させて設定された内圧のもの
を、高水圧タンク内に設けるとともに、破断開口時の試
験タンク内の水の圧力よりも低い内圧にしたものを、試
験タンク内に設けるようにしても良い。
【0009】本発明の水中衝撃圧力発生装置によれば、
上述(1)により、験タンクと高水圧タンクとを連結
する連接管に設けたラプチャディスクが、瞬時に破裂開
口することにより、高水圧タンクから試験タンクへ、数
1で示す水の流動が起り、試験タンク内に衝撃水圧を発
生させることができる。
【0010】
【数1】
【0011】すなわち、図1に示す試験装置において、
連接管に設けたラプチャディスクを瞬時に破裂開口させ
て、5〜10msecで圧力変化を生じさせると、水と
空気とは、断熱変化を生じ、この水および空気の断熱変
化時の圧力と体積との関係、連接管の圧損、およびラプ
チャディスク4の圧損を考慮した水の流動に関する運動
方程式(1次元)は、数1に示すようになり、高水圧タ
ンクから試験タンクへ量的には少いが水の流動が発生す
る。
【0012】また、上述(2)により、高水圧タンクお
よび試験タンク内に充填してある水は、非圧縮性であ
り、ラプチャディスクが破断開口するだけでは、高水圧
タンクから試験タンクへの水移動は微小であるのに対し
て、高水圧タンクに中空ゴム球を設置し、ラプチャディ
スクの破断開口と同時に膨張させるようにしたことによ
り、水に疑似圧縮性付与されることになり、高水圧
タンクから試験タンクへの水の流動を大きくできる。
【0013】これにより、従来、圧力の異なるタンクの
間を連結する連接管に設けられている弁等の開閉では、
開口応答が遅く、このような弁等の開閉で生じる水の流
動では衝撃水圧の発生を困難にしていた、試験タンク内
の衝撃水圧の発生が、安全・管理上に問題のある爆薬を
使用することなく、可能になり、衝撃圧力が発生すると
きの水中に設けた構造物に発生する動的ひずみを、試験
タンク内においても、安全に計測することができ、さら
に、試験タンク内に発生する衝撃水圧のピーク値大き
でき、より大きな衝撃水圧を負荷した構造物の動的ひ
ずみを計測できるようになる。すなわち、図5に示す、
直径57.6m/mの円筒形の高水圧タンク内に、表1
に示す中空ゴム球を配置するとともに、直径171m/
mの円筒形の試験タンク内に、表1に示す中空ゴムを配
置した状態での、数1による解析結果によれば、図3に
示すように、ピーク圧力12MPaの衝撃圧力を発生さ
せることが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の水中衝撃圧力発生
装置の実施の一形態を、図面に基づき説明する。図1
は、本発明の水中衝撃圧力発生装置の実施の第1形態を
示すブロック図である。
【0015】図において、1は試験タンクで、通常は試
験条件の静的水中圧力にして、内部に設置された構造物
2に発生する静的ひずみを計測できるよにしている。
3は、試験タンク1の近傍に並設され、高圧の水を充填
できる高水圧タンクで、内部に中空ゴム球4が設置され
ている。5は、試験タンク1と高水圧タンク3とを連結
する連接管である。6は、連接管5の略中央に張設さ
れ、高水圧タンク3の水圧と試験タンク1の水圧との差
圧が所定の値になったとき、破断開口するようにしたラ
プチャディスクである。
【0016】本実施の形態の水中衝撃圧力発生装置は、
上述のものから構成され、高水圧タンク3内では、水を
高圧の状態にしておき、試験タンク1内は、構造物2
の動的ひずみ計測を行うための水を充填しておく。高水
圧タンク3内の水圧が高められ、高水圧タンク3の水圧
と試験タンク1の水圧との差圧が所定の値になると、そ
れまで、図2(a)に示すように、連接管5に介装され
高水圧タンク3と試験タンク1とを仕切っていた、ラ
チャディスク6が、図2(b)に示すように破断され
と、高水圧タンク3から試験タンク1へ、高水圧タンク
3内に設置された中空ゴム球4の膨張力によって、付勢
された多量の水が矢視で示すように流動する。
【0017】この水の流動により、試験タンク1内に
は、大きなピーク値の衝撃圧力が発生し、この衝撃圧力
が試験タンク1内に設置した構造物2に作用する。この
ときの構造物2に発生するひずみを計測することによ
り、構造物2の動的ひずみを計測することができる。
【0018】図3に、前述した数1に示す運動方程式を
用いて得られる衝撃水圧時刻歴波形を示す。本解析で
は、高水圧タンク3、試験タンク1、連接管5およびラ
プチャディスク6を、図5に示すディメンジョンにする
とともに、高水圧タンク3内の初期圧力を100MP
a、試験タンク1内の初期圧力を3MPaとした。ま
た、高水圧タンク3内および試験タンク1内には、表1
に示す仕様の中空ボール球4を設け、水に疑似圧縮性を
付与するようにした。図に示すように、本解析から
は、試験タンク2内には、ピーク圧力12MPaの衝撃
圧力が生じることが予測される。
【0019】図4は、前述した図3における解析条件下
での衝撃水圧試験結果を示す。この試験結果より、試験
タンク1内には、ピーク圧力10MPaの衝撃圧力が生
じることがわかった。
【0020】従って、図3および図4に示す結果より、
数1に示す運動方程式により、試験タンク1内に発生す
る衝撃圧力が予測可能なこと、および本実施の形態の水
中衝撃圧力発生装置により、試験タンク1内にピーク圧
力10MPaの衝撃圧力を発生させることができること
が実証された。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の水中衝撃
圧力発生装置によれば、特許請求の範囲に示す構成によ
り、 (1)従来、圧力の異なるタンクの間を連結する連接管
に設けられている弁等の開閉では、開口応答が遅く、こ
れにより生じる水の流動では、衝撃水圧の発生が困難
で、安全、管理上に問題のある爆薬を使用せざるを得な
かった衝撃水圧の発生が、連接管に設けたラプチャディ
スクの瞬時の破裂開口による水の流動で可能になり、静
的水中圧力を負荷して静的ひずみを計測するようにした
試験タンクでも、衝撃圧力が発生するときの水中に設け
た構造物に発生する動的ひずみを、安全に計測すること
ができるようになる。 (2)また、衝撃圧力の発生に非圧縮性の水を使用して
いるにも拘わらず、高水圧タンクから試験タンクへの流
動を大きくすることができ、試験タンク内に発生させる
衝撃水圧のピーク値を大きくでき、試験タンク内に設置
した構造物に、より大きな衝撃水圧を負荷したときの動
的ひずみが計測できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水中衝撃圧力発生装置の実施の第1形
態を示すブロック図,
【図2】図1に示す実施の形態のラプチャディスクの破
裂開口前後を示す部分ブロック図で、図2(a)は破裂
開口前を示す図、図2(b)は破裂開口後を示す図,
【図3】数1による試験タンク内に発生する衝撃水圧の
計算値を示す図,
【図4】図3に示す計算条件と同一条件により試験した
ときの衝撃水圧の計測結果を示す図である。
【図5】図3および図4の計算条件および試験条件とし
ての高水圧タンク、試験タンクおよび連接管のディメン
ジョン示す図。
【符号の説明】
1 試験タンク 2 (水中)構造物 3 高水圧タンク 4 中空ゴム球 5 連接管 6 ラプチャディスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平2−650(JP,U) 実開 昭59−184971(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 7/08 F15B 15/19

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試験タンク内の水中に設置された構造物
    に衝撃水圧を負荷して、前記構造物に発生する動的ひず
    を計測するための水中衝撃圧力発生装置において、前
    記試験タンクと前記試験タンクに並設され加圧水が充填
    された高水圧タンクとを連結する連接管内に設けられ
    瞬時に破断開口して前記試験タンク内に衝撃水圧を発生
    させるラプチャディスクと、前記高水圧タンク内に設け
    られ、前記ラプチャディスクの破断開口時に膨張して、
    前記高水圧タンク内から前記試験タンク内への水の流出
    を増大させる中空ゴム球とを設けたことを特徴とする水
    中衝撃圧力発生装置。
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