JPH1030975A - 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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JPH1030975A
JPH1030975A JP8185980A JP18598096A JPH1030975A JP H1030975 A JPH1030975 A JP H1030975A JP 8185980 A JP8185980 A JP 8185980A JP 18598096 A JP18598096 A JP 18598096A JP H1030975 A JPH1030975 A JP H1030975A
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延 木村
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勝久 山下
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、試験タンク内の水中に設置した構
造物(供試体)に、動的ひずみを発生させるための水中
衝撃圧力発生装置に関する。従来の装置は、爆薬の爆破
力によって衝撃水圧を発生させるものであるため、安
全、管理上の問題があり、試験タンクでの使用は難しか
った。本発明は、試験タンク内で安全に衝撃水圧を発生
でき、安全・管理上の問題も生じない水中衝撃圧力発生
装置の提供を課題とする。 【解決手段】 本発明は、試験条件の水圧が設定される
試験タンクと、試験タンクの近傍に並設され高圧水が充
填される高水圧タンクとを連結する連接管内に、瞬時に
破裂開口して、高水圧タンク内の高圧水を試験タンク内
に瞬時(10msec以下)に流動させることのできる
ラプチャディスクを設けた。これにより、試験タンク内
には、構造物の動的ひずみを発生させ得る衝撃水圧を、
安全上の問題もなく発生させることができる。

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オーダ以下の瞬時に発生させ
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流を生じさせるこ
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、従来困難と
されていた、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も、計測することを可能にした水中
衝撃圧力発生装置を提供することを課題とする。
【0006】また、本発明は、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、瞬時に多量の水流を
生じさせることができるようにして、前述した水中衝撃
圧力発生装置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。
【0007】
【課題を解決するための手段】このため、第1番目の本
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。
【0008】なお、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口ができるものにするこ
とが好ましい。
【0009】本発明の水中衝撃圧力発生装置によれば、
上述(1)の手段により、(a)試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】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るよう
になる。
【0013】また、第2番目の本発明の水中衝撃圧力発
生装置は、上述(1)の手段に加え、次の手段とした。 (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。なお、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。
【0014】本発明の水中衝撃圧力装置は、上述(a)
に加え、上述した(2)の手段により、(b)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、上述した(a)における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
ンクに中空ゴム球とを設置し、水に疑似圧縮性を付与す
るようにしたことにより、高水圧タンクから試験タンク
への水の流動を大きくすることができる。
【0015】これにより、試験タンク内に発生する衝撃
水圧のピーク値は、大きくなり、上述した(1)の手段
の水中衝撃圧力発生装置に比較して、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1
2MPaの衝撃圧力を発生させることが可能となる。
【0016】
【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。
【0017】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。
【0018】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内では、構造物2
の動的ひずみ計測を行う試験条件の圧力の水を充填して
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、高水圧タ
ンク3と試験タンク1とを仕切っていた、連接管5に介
装されたラプチャディスク6が、図2(b)に示すよう
に破断すると、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、多量の水が矢視で示すように流動する。
【0019】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。
【0020】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。
【0021】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。
【0022】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。
【0023】
【表1】
【0024】
【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)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

Claims (2)

    【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、前記構造物に動的ひずみを発生
    させ、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、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を設けたことを特徴とする水中衝撃
    圧力発生装置。
  2. 【請求項2】 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を前記高水圧タンク内
    に設けたことを特徴とする請求項1の水中衝撃圧力発生
    装置。
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