磁気軸受加振によるロータクラック検出と有限要素解析を併用したその位置・深さの推定

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17760182
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 井上 剛志 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70273258)
• Keywords: ロータクラック / 周期的加振 / 有限要素解析 / 実験 / クラック検出 / クラック位置と深さ推定 / 非線形共振

Research Abstract

今年度は,クラックを有するロータの有限要素モデルを構築し,クラックロータの特性を明らかにした.また,加振周波数を掃引下時に発生する各種のクラックに起因する共振を観察し,その共振点からクラック位置および深さを検出する手法を提案し,シミュレーションによる検討を行った.
FEMを用いたシミュレーション解析では,クラック要素のモデル化を様々な関数を用いて行い,結果として,シグモイド関数を用いたモデル化により良い結果を得ることができた.そして,このFEMモデルを用い,集中定数モデルでは不可能であった加振位置やクラック位置の影響を調べ,とくに,クラックに起因して発生する共振の発生周波数の特徴を明らかにした.
さらに,FEM解析により,2次モードまでに対応する共振を調べ,その結果を併用することにより,クラックの位置と深さを求める方法を考案した.数値シミュレーションでは,クラックの位置が軸中央部に近い場合にはある程度精度良く推定できることを明らかにした.
実験装置は,円板を3つを取り付けた弾性軸を玉軸受で支持した回転軸装置を製作し,疲労試験により実際にクラックを発生させることに成功した.そして,加振装置として一対の電磁石を用い,電磁石により加える周期的外力の加振周波数を変化させ,実際に疲労クラックを入れた回転軸の振動振幅を計測した.クラックロータを用いた実験結果とFEMモデルのシミュレーション結果と比較・検討し,FEM解析結果と同様に実験結果でもクラックに起因する非線形共振現象が発生すること,また,推定した共振周波数において発生することを確認した.