| Project/Area Number |
22K03873
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18030:Design engineering-related
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
高井 和紀 北見工業大学, 工学部, 准教授 (50271755)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 流力振動 / ウェークギャロッピング / 振動計測 / 可視化観測 / 構造減衰特性 / 振動制御 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，流体・構造体関連振動現象に関するもので，構造物の風害に対する防災対策のための研究である．対象とする構造物は，矩形柱状物体が複数で存在する場合とする．複数の物体が存在する流れ場では，単独物体の場合には発生し得ない流力振動が発現する場合がある．本研究は複数物体に発現する流力振動の代表的な現象の１つであるウェークギャロッピング現象（上流側物体の後流域で下流側物体に発現する流力振動）の制御を試みる．研究は模型モデル実験を行い，流力振動が発現する条件，発現を回避する条件並びに発現を抑制する条件を明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，流体・構造体関連振動現象に関するもので，構造物の風害に対する防災対策のための研究である．対象とする構造物は，矩形柱状物体が複数で存在する場合とする．本研究は複数物体に発現する流力振動の代表的な現象の１つであるウェークギャロッピング現象（上流側物体の後流域で下流側物体に発現する流力振動）の制御を試みる．研究は模型モデル実験を行い，流力振動が発現する条件，発現を回避する条件並びに発現を抑制する条件を明らかにする．
２年目となる今年度はウェークギャロッピング現象の構造力学的制御を目的として，風洞自由振動実験装置において系の減衰特性を変化させる実験を行った．減衰特性は，物体と周囲流体の質量比と振動変位の減衰比との積で評価される．実験は質量比を固定して，自由振動実験装置に電磁ダンパー装置を取り付けて減衰比を変化させた．実験における２物体の配置条件は１年目の実験結果に基づき，特徴的な振動応答特性を示した条件とした．具体的には，発現する流力振動が限定振動となる場合，発散振動となる場合，そして単独の矩形柱に発現する流力振動と同様な振動となる場合の配置条件である．限定振動とは発現する流力振動の流速域と振動変位が限定的な振動状態であり，発散振動とは発現した振動が流速の増大に伴って振動変位が増大し続ける振動状態である．
実験の結果，発散振動が発現する配置条件において減衰比を増大させると，いくつかの条件で限定振動の状態へと変化することが明らかとなった．また，限定振動が発現する配置条件においては最大変位が減少することが明らかとなり，一定の値以上とした場合に流力振動の発現を抑制する場合があることが明らかとなった．ただ本実験で実施した減衰比の範囲では振動の発現を抑制するには至らない場合もあった．ウェークギャロッピングの発現を回避する条件の一部を明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は３年にわたって実施する計画である．初年度は，ウェークギャロッピングの振動特性の解明と発現機構の検討を行う．次年度は，系の構造減衰特性とウェークギャロッピングの振動特性の関係を明らかにする．そして最終年度は流れのパッシブ制御によるウェークギャロッピングの制御手法の確立を目指す．
１年目は，風洞自由振動実験において上流側矩形柱の大きさと２物体の各種配置条件を系統的に変化させた．上流側矩形柱の大きさは，下流側振動物体である正方形柱の大きさに対して0.5倍から2.0倍の範囲で変化させた．実験の結果，二正方形柱の場合に発現する振動性状とは異なることとそれらの流力振動が発現する配置条件が明らかとなった．また，水路強制振動可視化実験を行い，各配置条件における静止時とウェークギャロッピング発現時のフローパターンを明らかにした．
２年目は，系の構造減衰特性を変化させた場合におけるウェークギャロッピングの振動特性を明らかにするために，電磁ダンパー装置を使用して自由振動実験を行った．実験の結果，流速の増大に対して振動変位が増大し続ける発散振動の一部が，流速および振動変位が限定的な限定振動の状態に変化することが明らかとなった．また，限定振動の一部においては流力振動の発現が抑制されることが明らかとなった．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は３年にわたって実施する計画である．１年目は計画通りに実験を行うことができた．２年目は計画通りに系の減衰特性とウェークギャロッピングの振動特性の関係を明らかにする実験を行った．その結果，一定の成果が得られているものの予定の実験がすべて終了していないため，３年目初めの四半期は系の減衰特性と振動特性の関係に関する実験を継続する．具体的には上流側矩形柱の大きさを下流側振動物体である正方形柱の大きさに対して0.5倍とする場合において計測を終了していない条件の実験を行う．その後，３年目に計画していた流れのパッシブ制御によるウェークギャロッピングの制御手法の確立を目指す実験を行う．
流れのパッシブ制御は上流側矩形柱からはく離するせん断層を直接制御する手法を採用する．具体的には，上流側矩形柱の上流位置に小平板を設置する．この小平板の大きさと設置位置は，矩形断面柱に作用する流体力の抑制の報告を参考として決定する．実験は１年目から使用している風洞自由振動実験装置の試験部に小平板を設置して下流側振動物体の振動応答を測定する．また，小平板の設置によって流力振動の発現が抑制された場合や振動変位が減少する場合について１年目に行った可視化観測実験を行い，流れ制御によるウェークギャロッピングが抑制されるときのフローパターンを明らかにする．
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