回転自由に支持された振り子型直方体容器内液面のスロッシング特性

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22560217
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 高原 弘樹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (90226910)
• Keywords: スロッシング / 振り子型容器 / 直方体容器 / 連成振動 / 固有振動数

Research Abstract

製鉄所内の転炉やヘリコプターで容器をつり下げて液体を運搬する場合などのように,回転運動を自由に許すように支持した容器を,本研究では振り子型容器と呼ぶ.このような容器では,容器の振り子運動と内部の液体振動との連成振動が生じる.これら容器内の液体を,迅速かつ安全に,運搬するためには,この連成特性を明らかにする必要がある.特に液体振動や振り子運動は非線形特性を有するため,この非線形性が与える影響も十分把握しなければならない.そこで本研究課題は,振り子型容器内液体の揺動特性を解明することを目的とする.
研究期間の2年目である本年度は,容器内液面揺動と振り子運動を支配するである非線形性を考慮して,昨年度に引き続き以下のことを行った.
1.前年度導出した振り子型容器,および,内部液体の液面揺動を支配する基礎方程式系から,液面揺動の有限振幅理論および振り子運動の非線形性を考慮してガレルキン法を用いて,非線形運動方程式系を導出する際に,昨年度はあまり注目していなかった非線形項に着目し,運動方程式系の確認を行った.
2.導出した運動方程式系を線形化し,液面揺動と振り子運動の連成固有振動数を求めた.
3.昨年度作成した実験装置により,自由振動実験を行い解析結果と一致することを確認した.
4.導出した運動方程式系から,非線形連成項に着目し液面揺動の振動モード間の連成特性を考察した.
5.導出した運動方程式から時刻歴波形を求め,実験結果と比較して解析の妥当性を確認した.
6.連成固有振動数の解析結果より,三次元揺動の発生条件が振り子型容器では,通常と異なることを指摘し,解析から三次元揺動が生じると考えられる直方体容器を用いた実験で,3次元揺動が発生することを確認した.

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

おおむね予定通りである.さらに解析精度を向上するためには,もうすこし振り子運動の解析精度の改善をしたい.

Strategy for Future Research Activity

おおむね順調に研究は遂行されており,現時点では,計画通り研究を進める.