JPH10318886A - 遠心力載荷試験装置 - Google Patents

遠心力載荷試験装置

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JPH10318886A
JPH10318886A JP9131972A JP13197297A JPH10318886A JP H10318886 A JPH10318886 A JP H10318886A JP 9131972 A JP9131972 A JP 9131972A JP 13197297 A JP13197297 A JP 13197297A JP H10318886 A JPH10318886 A JP H10318886A
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centrifugal
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rotating
rotating vehicle
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Toru Ueki
徹 植木
Takao Konno
隆雄 今野
Yuji Tadano
有司 多田野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 その回転径が大きいリニアモーター式の遠心
力載荷試験装置を提供する。 【解決手段】 二次側導体10と一次側コイル9により
形成されるリニアモーターによって回転車両1を試験ピ
ット4の内面に添って回転させる。これにより揺動架台
5が振れ上がり、供試体6に遠心加速度が加えられる。
回転車両1は車輪8を有し、これがレール7で支持され
るので、サポート3には大きな強度が不要となり、大き
な半径の装置が容易に実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地盤等の縮尺モデ
ルに対して応力を加え、その挙動を試験するための遠心
力載荷試験装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】地震発生時の地盤の強度等を調べるため
に、地盤の縮尺モデルに応力を加える実験が行われる。
このような実験を通常の重力場で行うと、土中深くには
大きな土圧がかかるために、そのような大きな応力を再
現することは困難である。このために、回転腕の先端に
供試体である地盤等の縮尺モデルを入れた試料容器を吊
り下げ、回転腕を高速で回転させることにより、供試体
に遠心加速度を与えて、縮尺モデルに加速度を加え、1
/Nの縮尺モデルに対してN倍の動力加速度を与えるよ
うにした遠心力載荷試験装置が用いられ、例えば実開昭
61−46439号公報にその例が記載されている。
【0003】図3は、従来の遠心力載荷装置の一例を示
したもので、直流モータ30の動力が減速機31を介し
て主軸32に伝えられ、円筒試験ピット33の水平面内
を回転する回転腕34を駆動する。回転腕34の先端部
には揺動架台35、35がピン結合され、この揺動架台
35、35は回転腕34の回転に伴って振れ上げられ
る。各揺動架台35には構造物や地盤等の1/Nの縮尺モ
デルが入った試料容器36が取り付けられており、回転
腕34の回転により試料容器36に重力加速度のN倍の
遠心力を与えるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】遠心力載荷試験装置で
は、発生される遠心加速度α<G>は、(数1)に示す
様に回転数n<rpm>および回転径r<m>によって
与えられる。
【数1】α=(2πn/60)2・r=K・n2・r K=(2π/60)2 従って回転腕34が回転して揺動架台35が水平方向に
振れ上がったとき、図4に示したように供試体37にか
かる遠心加速度αはその深さ方向(振れ上がったときの
半径方向)の位置によって異なってくる。いま、供試体
37が水平方向に振れ上がったときの左端部及び右端部
の回転半径をそれぞれrA、rB、供試体37の幅(静止
時の深さ)をh=rB−rAとすると、遠心加速度の最大
値は図4の供試体右端(r=rB)、最小値は図4の供
試体左端(r=rA)に加わるから、供試体37に加わ
る遠心加速度の最大値と最小値の差△αは
【数2】 △α=K・n2・(rB−rA)=K・n2・h である。遠心力載荷試験装置ではこの深さ方向の遠心加
速度の差△αを出来るだけ小さくすることが望ましい。
とくに近年、遠心力載荷試験装置に搭載する供試体は大
規模な土槽を使っての液状化の実験等のように大型化の
傾向にあり、この大型供試体では上述の供試体の深さ方
向の遠心加速度の差がより顕著に現れる。
【0005】そこで、供試体に加える所望の遠心加速度
αが実験条件から与えられたときに、これを実現するに
は回転数nと回転径rを(数1)にもとづいて適宜定め
ることになる。一方、前記の遠心加速度の差△αは、供
試体が決まれば、その深さhも決まるから、回転数n2
に比例する。従って、遠心加速度の差△αを小さくする
には、なるべく回転数nを小さくし、回転径rを大きく
して所望の遠心加速度を実現するのが望ましい。しかる
に、従来の遠心力載荷試験装置は直流モータを動力と
し、主軸を中心に回転腕が回転する構造、つまり主軸を
中心に左右の回転腕が互いに引張り合う構造のため、回
転径を大きくすると、腕構造に大きな力が加わるために
強度的に限界が生じ、このため回転径が制約されるとい
う問題があった。例えば製品実績によると回転径約7m
ぐらいが腕構造の限界であった。
【0006】本発明の目的は、大型の供試体に大きな遠
心加速度を加える場合でも、遠心加速度の差を小さくす
ることのできる遠心力載荷試験装置を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、円筒状の試験ピットと、該試験ピット
の内壁面に環状に設けられた二次側導体と、その匡体の
前記内壁面に対向した面上に取り付けられた一次側コイ
ルと前記二次側導体とにより形成されるリニアモーター
により駆動されて前記内壁面に添って回転走行する回転
車両と、該回転車両の内部に回動可能に取り付けられ、
前記回転車両の回転時にその回転の半径方向に振り上げ
られることによって、その内部に収納された供試体に遠
心加速度を印加するための揺動架台と、を備えたことを
特徴とする遠心力載荷試験装置を開示する。
【0008】また、本発明は、前記回転車両の前記内壁
面に対向した面上に車輪を設けるとともに、前記内壁面
に前記車輪を支持するための環状のレールを設けたこと
を特徴とする遠心力載荷試験装置を開示する。
【0009】また、本発明は、前記リニアモータは磁気
浮上型とし、前記回転車両は前記内壁面と非接触で回転
走行する構造としたことを特徴とする遠心力載荷試験装
置を開示する。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1は、本発明になるリニアモータ式の遠心力載
荷試験装置の全体構造を示す斜視図で、これは車輪リニ
アモーターカー式の遠心力載荷試験装置である。この遠
心力載荷試験装置は、装置本体である回転車両1、1
と、水や油等を供給するロータリージョイント2、電気
・信号等を授受するスリップリング11、配管、配線等用
のサポート3などを主要部品として構成され、回転車両
1、1はロータリージョイント2およびスリップリング
11を軸に、円筒試験ピット4の内壁面に沿って後述のよ
うなリニアモータの駆動力により走行する。サポート3
はあくまでも配管、配線等用のサポートであり、遠心力
を支持する強度部品ではない。回転車両1には従来装置
と同様に揺動架台5がピン結合され、この揺動架台5は
回転車両1の走行に応じて振れ上がる。揺動架台5に構
造物や地盤等の1/Nの縮尺モデルが入った試料容器6
を取り付け、回転車両1を走行させ、試料容器6に重力
加速度のN倍の遠心力を与えることにより、実地盤と等
しい応力場を再現することができる。
【0011】各回転車両1が走行時の遠心力を円筒試験
ピット4の内壁面により支持するため、回転車両1の円
筒試験ピット4内壁面と向かい合う面に車輪8が設けら
れており、回転車両1はこの車輪8により円筒試験ピッ
ト4の壁面に敷かれたレール7を走行する。またリニア
モータ駆動を行うため、リニアモータの一次側9を構成
する鉄心とコイルを回転車両1の車輪が設けられている
面に装備し、一方回転車両1が走行する軌道上には二次
側の導体10が敷かれている。そして電気をスリップリン
グ11を介し、サポート3を経て一次側9のコイルに供給
することにより磁界を発生させ、この磁界が二次側導体
10に発生する磁界と反発・引き合うことにより駆動・制動
力を得て、回転車両1は円筒試験ピット4の内壁面を走
行する。このとき、リニアモータの一次側と二次側のギ
ャップを一定にするため、図2のように円筒試験ピット
4の内壁面に敷かれた板20の上にレール7及び二次側
導体10を設置し、車輪8の受け面と二次側導体10の
高さの差が一定となるように二次側導体10の高さを調
整して据え付ける。
【0012】上記した図1の遠心力載荷試験装置では、
供試体を収納した揺動架台に加えられる遠心力はすべて
レール7で支持されるから、サポート3には特別な強度
は不要となり、回転径を大きくしても腕構造の強度で制
約されることがなくなる。例えばこの構造により、回転
径20〜30mの装置でも容易に構成できる。
【0013】図5は、本発明になる遠心力載荷試験装置
の別の構成例を示す斜視図で、これは磁気浮上リニアモ
ータカ一式の遠心力載荷試験装置である。この装置の大
まかな構造は、図11に示したものと同様であるが、回
転車両41は車輪をもっておらず、搭載された磁気浮上
式リニアモータにより円筒試験ピット4の内壁面上を非
接触で走行する。磁気浮上式ではリニアモータの一次側
と二次側の間を一定の隙間に保つ必要があるため、サポ
ート42部にはアクチュエータを用いた調整機構43、
43が設けられている。図6は、調整機構43の構造を
示しており、サポート43内にスライド式に可動なサポ
ート44をはめ込み、これをアクチュエータ45で支持
している。アクチュエータ45は、回転車両41と同筒
ピット4の内壁面との間隔を図示しない検出器で検出
し、その検出値に応じた力を発生すべくロータリージョ
イント2を介して供給される圧油で制御される。
【0014】以上の図4に示した磁気浮上リニアモータ
ーカーを利用した装置では、発生する遠心力を磁気のみ
で支持するには限界があるから、サポート42を強度部
品とし、遠心力を磁気及びサポートで支持する構造とす
る必要がある。しかし磁気浮上を併用することで、回転
径が大きくなってもサポートの実現は可能になる。
【0015】なお、図1及び図4にて説明した遠心力載
荷試験装置では、ただ遠心力のみを作用させる実験だけ
でなく、揺動架台5に油圧振動台を搭載することにより
遠心力場における供試体の加振実験も可能である。遠心
力載荷試験装置の制御用の電気・油圧等の授受は、全て
サポート3を経て、中央のスリップリング11あるいはロ
ータリージョイント2を介して行われる。また遠心力載
荷試験装置では供試体の液状化実験等を行うが、その際
供試体に取付けられたセンサからの計測信号は電気同様
にサポート3を経てスリップリング11を介し計測室へ送
られる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、発生する遠心力の全部
あるいは一部を円筒試験ピットの内壁面で支持するた
め、回転径が大きいもの、すなわち大型の供試体を搭載
した遠心力載荷試験装置が実現でき、大型の供試体でも
深さ方向での遠心加速度の差を小さくした実験が可能に
なる効果がある。またリニアモータ駆動であるため、歯
車装置、直流電動機を不要とし、省スペース化、低騒音
化等が図れるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる遠心力載荷試験装置の全体構造を
示す斜視図である。
【図2】図1の車両のピット内壁面による支持構造を示
す図である。
【図3】従来の遠心力載荷試験装置の全体構造を示す断
面図である。
【図4】回転径と遠心加速度の関係の説明図である。
【図5】本発明になる遠心力載荷試験装置の別の構成例
を示す斜視図である。
【図6】図5の車両をサポートする調整機構を示す図で
ある。
【符号の説明】
1、41 回転車両 2 ロータリージョイント 3、42 サポート 4 円筒試験ピット 5 揺動架台 6 供試体 7 走行レール 8 車輪 9 一次側コイル 10 二次側導体 11 スリップリング

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状の試験ピットと、 該試験ピットの内壁面に環状に設けられた二次側導体
    と、 その匡体の前記内壁面に対向した面上に取り付けられた
    一次側コイルと前記二次側導体とにより形成されるリニ
    アモーターにより駆動されて前記内壁面に添って回転走
    行する回転車両と、 該回転車両の内部に回動可能に取り付けられ、前記回転
    車両の回転時にその回転の半径方向に振り上げられるこ
    とによって、その内部に収納された供試体に遠心加速度
    を印加するための揺動架台と、 を備えたことを特徴とする遠心力載荷試験装置。
  2. 【請求項2】 前記回転車両の前記内壁面に対向した面
    上に車輪を設けるとともに、前記内壁面に前記車輪を支
    持するための環状のレールを設けたことを特徴とする請
    求項1記載の遠心力載荷試験装置。
  3. 【請求項3】 前記リニアモータは磁気浮上型とし、前
    記回転車両は前記内壁面と非接触で回転走行する構造と
    したことを特徴とする請求項1記載の遠心力載荷試験装
    置。
  4. 【請求項4】 前記回転車両を支持するための、ロータ
    リージョイントとそれに取り付けられた腕機構を設けた
    ことを特徴とする請求項3記載の遠心力載荷試験装置。
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