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ベローズ管に発生する流れ励起振動の励振メカニズム解明

Research Project

Project/Area Number 16760182
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Dynamics/Control
Research InstitutionAoyama Gakuin University

Principal Investigator

渡辺 昌宏  青山学院大学, 理工学部, 助教授 (40256673)

Project Period (FY) 2004 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥4,100,000 (Direct Cost: ¥4,100,000)
Fiscal Year 2005: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Keywords機械力学・制御 / 振動工学 / 流体関連振動 / 渦励起振動 / 流れの可視化 / ベローズ / 換算流速 / ロックイン現象 / ストローハル数
Research Abstract

ベローズ管(以下,ベローズと呼ぶ)は,複数のヒダが表面に並ぶ蛇腹状に成形された管であり,応力を緩和する伸縮継手として,原子力プラントの配管やエンジンシステムの燃料配管などに多く用いられている。しかしながら,ベローズ内部の流体流れに起因して流れ励起振動が発生し,疲労破壊を招く恐れがある。
本研究は,この流れ励起振動の振動学的特性,振動の発生条件(臨界流速),および励振メカニズムを実験により調べた。実験では蛇腹状に成形されたベローズのヒダ構造を2次元的に模擬した実験装置を用いた。流速を変化させてヒダに発生する振動を計測し,振動が発生する流速域を調べた。パラメータとして,ピッチ,ヒダの数,ヒダ先端の形状,および減衰比を変化させて実験を行った。流速はヒダの幅を代表長さに取った換算流速と,ピッチ長さを代表長さに取った換算流速の2つの換算流速で整理した。
実験の結果,ピッチ長さを代表長さに取った換算流速が約2以上の場合に,激しい振動が発生することを明らかにした。また,その時のストローハル数は約0.48であることを明らかにした。さらに,振動が発生しているときの流体流れを可視化することで,連続するヒダの振動とヒダ先端から剥離する渦とが互いに達成して振動が発生することを明らかにした。また,流れの可視化の結果,発生する振動のモードには,隣り合うヒダが同位相で振動する「同位相モード」と,逆位相で振動する「逆位相モード」の2つタイプがあることを明らかにした。そして,大きな振幅の振動は逆位相モードで発生することを明らかにした。
これらの成果は,流体流れによりベローズ管に発生する振動を評価する上で,工学的に重要な知見を与えるものである。

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2005 2004

All Journal Article (4 results)

  • [Journal Article] ベローズ状構造物に発生する渦励起振動(ヒダ形状が振動特性に及ぼす影響)2005

    • Author(s)
      大山 誠, 中島 潤, 渡辺 昌宏, 田中 秀明
    • Journal Title

      日本機械学会,機械力学・計測制御部門講演論文アブストラクト集 No.05-15

      Pages: 19-19

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Vortex-Induced Vibrations and Lock-in Phenomenon of Bellows Structure Subjected to Fluid Flow2005

    • Author(s)
      M.Watanabe, M.Oyama
    • Journal Title

      Proceedings of Third International Conference on Fluid Structure Interaction 2005(WIT Press)ISBN 1-84564-027-6

      Pages: 225-234

    • NAID

      110004056239

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 流体流れによるベローズ状構造物の渦励起振動とロックイン現象2004

    • Author(s)
      渡辺昌宏, 水口浩平
    • Journal Title

      日本機械学会、2004年度年次大会講演論文集 Vol.VII, No.04-1

      Pages: 77-78

    • NAID

      110006264063

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] ベローズ状構造物の渦励起振動に関する実験的研究2004

    • Author(s)
      大山 誠, 渡辺昌宏
    • Journal Title

      日本機械学会、機械力学・計測制御部門講演論文アブストラクト集 No.04-5

      Pages: 344-344

    • Related Report
      2004 Annual Research Report

URL: 

Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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