2017 Fiscal Year Research-status Report
周期構造型メタマテリアルの最適化に基づくパネル放射音の広帯域低減
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16K06155
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
松村 雄一 岐阜大学, 工学部, 教授 (20315922)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古屋 耕平 岐阜大学, 工学部, 准教授 (40580056)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 機械力学・制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，パネル面の周期構造型メタマテリアル化により，音が放射されにくい形状へと固有モード形を最適化する設計法の確立である。平成28年度には，Wave Finite Element法による波動伝播阻止帯域の計算法を準備し，固有モード形の自在整形の実現を可能とした。また，モード－音響変換ベクトルに基づき，音響放射が少ない固有モードの理解を深めた。
平成29年度の実施計画では，音響放射効率を目的関数とした周期構造型メタマテルアル最適化手法の確立と検証を実施するとしていた。得られた成果は以下のとおりである。
（１）平成28年度の成果を元に，直方体の閉空間の音響モードを励起しないような天板の固有モードを周期構造型メタマテリアルによって設計し，その有用性を有限要素解析で検証した。その結果，音響モードで正負の音圧となる領域を，同じ体積速度の大きさで同相に振動する天板固有モードを実現することで，同じ次数の実稼働音響モードを同じ大きさで逆相に励起でき，これらの相殺によって閉空間内の音圧を低減できることを示した。
（２）パネル単体の設計ではなく，パネル面の振動が，通常はパネル周囲のフレームからエネルギー供給されて発生することに着目し，エネルギー供給を抑制するようにメタマテルアルを配置することの効果も検討した。まず，フレーム近傍にメタマテリアルを配置してフレームからパネル面へのエネルギー供給を抑制する場合，周期構造型メタマテリアルでは面積を取りすぎて，実構造物に適用するのが不可能となることから，動吸振器型メタマテリアルを用いる方法に切り替えた。これにより，直方体の閉空間の音響モードの固有振動数付近で，天板パネル面のモードが不活性となり，評価点音圧が低下することを示した。
（３）平成28年度の成果を用いれば，上記の（１），（２）の設計が可能となり，最適化が必ずしも必要ではないことを示した。
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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
本研究の真に目指すところは，例えば，自動車の車室内のような閉空間において，対象の周波数において，閉空間を囲うパネル面の振動モードを変化させ，評価点音圧を低減させる設計法を確立することである。この目標に向けて研究を実施する中で，平成29年度に予定していた目的関数ベースの最適化を用いずとも，物理的考察に基づいて設計を行うことで，十分に最適な設計を行えることを明らかにした。目的関数を使わないという一点に関しては研究計画と異なるが，むしろ予定していた自動化よりも高度で，設計者にも有利な，物理的考察に基づく設計法を整備できた点で，達成度を『おおむね順調に進展している』とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度の研究により，フレームからパネル面への波動伝播に伴うエネルギー流入を阻止し，パネルの固有振動モードを対象周波数で不活性化することを実現したが，この研究においては，フレームの振動モードまでは考慮できていない。対象周波数におけるフレームの実稼働モード形によっては，パネルとフレームの境界部の全域にメタマテリアルを設置せずとも，パネルのモードを不活性にしたり，閉空間の音響モードを励起にしくいパネル面固有モードを実現できる可能性がある。
そこで，平成30年度は，フレームの振動を考慮して，無駄にメタマテリアルを配置することなく，対象周波数でのパネル面固有モードを不活性とするための研究に取り組む。
また，最終年度であるので，平成28年度と平成29年度の研究成果を精査し，対象としている現象に応じて，最小限のメタマテリアルをパネル面上に配置することで，最大限の評価点音圧低減効果を得るための設計法としてまとめることにも注力する。
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