音響による角柱の渦励振抑止に関する基礎的研究

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18560475
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 小林 紘士 Ritsumeikan University, 総合理工学研究機構, 教授 (90066712)
• Keywords: 橋梁 / 風 / 渦励振 / 音響 / 周期的吐き出し / 角柱 / 抑止

Research Abstract

長方形断面の角柱は、気流中にばね支持されたとき、振動を発生する。比較的低風速で発生する振動は、渦励振と呼ばれ、橋梁によく見られる現象である。角柱の上流側角部に音響を与えることで防止できることが申請者のこれまでの研究で明らかになっている。
渦励振の防止に効果のある音響は、約300Hzまでの比較的低周波数、十分な音圧強度のものであることが要求されることが判明した。また、ピストンを用いて0〜20Hzの周期的吐き出し吸い込みを与えても、約10Hzを超える周波数から角柱のたわみ、ねじれ渦励振の防止効果が認められた。接近流の動圧を用いても、たわみの渦励振に対してはいくらかの効果が認められた。
この振動防止方法を橋梁に適用することを考慮するとき、音響あるいは周期的吸い込み吐き出しがどのようなメカニズムで渦励振の抑止効果を発揮するのかを明らかにしておくことが重要である。この意味から過年度には角柱周りの流況をスモークワイヤー法で可視化して調べた。
模型を気流中で渦励振状態にしておき、そのときの模型表面の非定常圧力を測定した。その結果、音響は平均圧力の絶対値を小さくする効果(側面の負圧強度の低下効果)を持つことがわかった。励振空気力の元となる後流側の変動圧力の振幅を低下させる効果も持っていた。音響は、剥離せん断層の遷移を促進し、剥離バブルの規模を小さくする効果がある。橋梁構造に適用する場合、気流の剥離点から音響を放出すればよいことが推察された。