実規模実験解析の概要

前章で述べた三角形パッチによる壁境界計算手法を導入した 3 次元個別要素法プログラ ムを用いて，実際の問題への適用性について検討を行った．滑らかな平面である土槽の表 面を再現することが可能であり，固定粒子を用いて壁面をモデル化する際に問題となる，

粒子の凸凹の影響を取り除くことが可能である．また，三角形パッチの表面にかかる土圧 を直接計算できることはメッシュ型解法との連成を簡便に行うことが可能である．

本解析では実験で得られた重錘衝撃力および底面と側面の伝達衝撃力の時刻歴応答に着 目し，実験波形と解析波形の比較を行った．

(1) 解析モデル

前項で説明したように，敷砂を十分に締め固めて行っていることから，敷砂は等粒子径

の最密配列でモデル化した．また，実験で用いた土槽は図－3.2の断面図から確認できるよ うに，向かい合う側壁面の 1 組が底面と成す角が直角ではないものであったが，最密配列 で充填する都合，これを完全に対称な箱型として扱った．解析モデルを図－3.4に示す．

図－3.4 実規模実験の解析モデル図

敷 砂 は 6000mm×6000mm×1500mm の 範 囲 に 配 置 し ， こ れ を 囲 う 土 槽 の 寸 法 を 6000mm×6000mm×1600mmとした．実験で用いた土槽の高さは1500mmであるが，解 析モデルの粒子径は実際の砂より非常に大きく，解析において粒子が溢れ出るのを防ぐた めに大きめの寸法を採用した．実験で用いた重錘は図－3.3 に示すように球形ではないが，

簡単のため直径1550mmの球形要素として扱った．敷砂は要素数21847個（奇数段7×40

×40，偶数段7×39×39）の最密配列でモデル化し，土槽は底面を9×9分割，各側面を9

×3分割して378枚の三角形壁面要素でモデル化した．

(2) 解析ケース

重錘の落下位置，落下高さ（入射速度），入射角度を変更しながら解析を行なった．解析 ケースは実験ケースの一部に相当し，主として落下高さ10m，落下位置が側壁面1から3m

（土槽の中心）のケースを行った．解析ケース一覧を表－3.1に示す．落下位置と入射角度 に関しては図－3.5に詳細を示す．

表－3.1 実規模実験の解析ケース一覧

解析例 落下位置- 側壁面1 間距離 落下高さ 入射角度

CASE 1 (3H15A90) 3m 15m 90°

CASE 2 (1H10A90) 1m 10m 90°

CASE 3 (2H10A90) 2m 10m 90°

CASE 4 (3H10A90) 3m 10m 90°

CASE 5 (2H10A75) 2m 10m 75°

CASE 6 (2H10A60) 2m 10m 60°

CASE 7 (2H10A45) 2m 10m 45°

図－3.5 実規模実験の重錘落下位置と入射角度

(3) 解析パラメータの設定

DEMの解析で最も重要なパラメータはばね定数の設定であり，ばね剛性によって接触時 間が変化するため最大衝撃力にも大きな影響がある．既往の吉田らの研究⁷⁾と本実験に対し 事前に行ったパラメトリックスタディにより，法線方向ばね定数の影響が接線方向のばね 定数に比べ非常に大きいことが判明しており，本研究ではCASE1(3H15A90)を基本解析対 象として，衝撃力のピークを合わせるように，法線方向ばね定数を試行錯誤することで定 めた．なお，接線方向ばね定数は既往の研究に従い，法線方向ばね定数の1/4とし，減衰定 数は粒状体の解析に一般的に使用される臨界減衰を仮定した．時間増分は解に影響を及ぼ さなくなる大きさの刻み幅とし，砂要素の一質点系の固有周期1/100程度とした⁷⁾

～10)

．全 ての解析ケースにおいて用いた解析パラメータを表－3.2に示す．

表－3.2 実規模実験の解析パラメータ

要素半径 75.0（mm） 要素質量 4.70（kg） 重錘要素半径 775（mm） 重錘要素質量 5280（kg）

法線方向ばね定数 3.20(kN/mm) 接線方向ばね定数 0.80(kN/mm)

減衰定数 1

内部摩擦角 30.0度