ねじのゆるみを考慮した電子装置用ラックの地震時挙動再現解析

Seismic Motion Analysis of Racks for Electronic Apparatus Considering Loosening of Screws

Abstract


 現代の情報社会において,電子装置を常時安定的に運用することは非常に重要であり,それは地震による揺れにさらされている場合も同様である.特に地震による災害時に重要機器の故障や通信障害などが発生すれば,救命救助や避難のための活動の妨げにもなり,致命的となりうる.電子装置は,取り付け・取り外しの容易さや安価なことから,ボルトを用いてラックに固定されることが多いが,ボルトのようなねじは振動や衝撃などの動的外力が作用するとゆるみが発生し,締結力が低下する.ねじゆるみに関する研究は,実験的手法や有限要素解析により行われてきたが,解析に関する研究においてねじゆるみをモデル化し応用した事例は少ない.防災科学技術研究所では,建築・土木・地盤構造物および室内の家具・什器類の地震被害や対策効果を高精度に再現する数値シミュレーションシステム(数値震動台,E-Simulator)の構築およびその活用のための研究開発を行っている.本研究では,このプロジェクトの一環として,非構造部材の一つである電子装置用ラックの地震動に対する信頼性評価の手段の確立を目的とし,ねじ締結を有する電子装置用ラックの地震時挙動を数値解析によって再現することを試みた.解析コードは,大規模な骨組構造解析において計算コストを最小限に抑えることが可能なASI-Gauss法をベースとし,それにねじゆるみのアルゴリズムを導入して,実験との比較によりその妥当性を検証した.


In this study, we developed an effective numerical code to analyze the seismic motions of mechanical structure with screws. The numerical code was developed based upon the adaptively shifted integration (ASI)-Gauss technique. Loosening mechanism of screws was considered by employing a bearing-surface slip frequency dependent model. We carried out a shake-table test of a rack for electronic apparatus and simulated with three types of numerical models. The screw elements were not considered in the first numerical model. The screw elements were considered in the second numerical model; however, the loosening of screws was not considered. In the third numerical model, both the screw elements and the loosening mechanism were considered. As a result of each comparison, the numerical result of the third model agreed best with the test result. These results suggest that it is necessary to consider the loosening of screws when analyzing the seismic motions of mechanical structure with screws such as the racks.


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