音響撹乱を用いた構造物の空力弾性振動制御法に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750557
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 比江島 慎二 岡山大学, 環境理工学部, 講師 (50284526)
• Keywords: 渦励振 / 円柱 / 音響 / 空力弾性振動 / 周期的撹乱 / 振動制御 / 有限要素法 / ALE法

Research Abstract

円柱周辺の剥離流れを音響などの周期的撹乱を用いて刺激することにより,円柱の渦励振グ低減されることが著者らの風洞実験により分かっており,渦励振に対する効率的な制御法として期待される.その制振メカニズムについて検討するため、円柱周辺の剥離流れに対し円柱表面から周期的撹乱を与える数値シミュレーションを行った.さらに、円柱周辺の剥離流れに対して線形安定性解析を適用し,剥離せん断層内での撹乱の増幅特性や撹乱により生じる渦の特性,撹乱が円柱後流の不安定性やカルマン渦の放出特性に与える影響などについて検討した.その結果,以下の知見が得られた.
1. 剥離せん断層において増幅率の高い周波数は,数値シミュレーションや風洞実験において円柱の空力特性を変化させるのに効果の高い撹乱の周波数域にほぼ一致することが綿形安定性解析により示された.またそれらの周波数の撹乱によって生じた渦は,円柱背部付近において渦どうしの合体を生じやすいことが明らかなった.
2. 撹乱により円柱側面の剥離せん断層に生じた渦は,カルマン渦の巻き込みを断続的に促進することによって円柱に作用する非定常揚力の位相を早める働きをする.その結果,円柱に作用する非定常揚力の負減衰成分が低減し、空力的に安定化することが明らかとなった.

Research Products

• [Publications] 比江島慎二: "加振円柱の空気力特性に及ぼす周期的湧き出し・吸い込みの影響" 日本風工学会誌. 71. 205-206 (1997)
• [Publications] 比江島慎二: "加振円柱の空気力特性に及ぼす周期的湧き出し・吸い込みの影響-逆対称撹乱の場合-" 土木学会第52回年次学術講演会概要集. 第1部(B). 4-5 (1997)
• [Publications] Shinji HIEJIMA: "Numerical study on the suppression of the vortex-induced vibration of a circular cylinder by acoustic excitation" J.the Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 67 & 68. 325-335 (1997)
• [Publications] 比江島慎二: "振動円柱の空力安定性に及ぼす周期的湧き出し・吸い込みの影響" 応用力学論文集. 1. 641-648 (1998)
• [Publications] 比江島慎二: "剥離せん断層刺激による円柱周辺流れの不安定生変化に関する線形安定性解析" 第15回風工学シンポジウム論文集. 179-184 (1998)
• [Publications] Shinji HIEJIMA: "Numerical study on the effect of periodic velocity excitation on aerodynamic characteristics of an oscillating circular cylinder" Proc.4th Japan-US Symp.on FEM in Large-Scale Comput.Fluid Dynamics. 153-158 (1998)