薄肉弾性体の非線形振動応答を活用した実験的外力分布同定手法の構築

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25420176
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 丸山 真一 群馬大学, 理工学研究院, 准教授 (60344925)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 機械力学・計測制御

Research Abstract

近年，MEMS(Micro Electro Mechanical System)と呼ばれる，集積電子回路の技術を応用した微小機械が盛んに用いられている．MEMSを利用した微細なセンサやアクチュエータの中には，MEMS内の微小なはりや板構造に変形や振動を生じさせ，動作するものが多く存在する．MEMSを利用したセンサやアクチュエータの精密設計では，微小薄肉要素に作用する静電力や電磁力の分布を精度良く求めることが重要である．しかし，微小な薄肉要素に作用する外力を実験的に求めることは難しく，実際の開発ではCAEによるシミュレーションが多用されるものの，その検証を行う手段が無い現状にある．そこで本研究では，薄肉連続弾性体の微小振動におけるひずみ応答を用いた集中周期荷重位置の同定について基礎的な検証を行った．具体的には，薄肉連続弾性体の微小線形振動の一例として片持ちはりを取り上げ，集中周期加振が片持ちはりに作用した際の定常振動応答を理論計算により求め順解析を行った．特に，加振位置を変えたことによるひずみの応答の特徴を考察し，ひずみの観測位置や加振振動数による影響をも明らかにした．また，上述の順解析で得られた結果より，ひずみの定常応答を逆解析することによる周期外力の印加位置の同定を行った．具体的には，観測されたひずみ応答と仮定したひずみ応答の差を表すコスト関数を定義し，その最小値を探索する方法を提案した．その結果，高次モード共振時のコスト関数は複数の局所的最小点を有するのに対し，最低次のモードでは正しい加振位置のみに最小点を有し，初期推定値に依存しない同定が可能となることを示した．さらに，加振力やひずみ計測位置に誤差が生じた場合の，同定結果に及ぼす影響をも明らかにした．

Current Status of Research Progress

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

Reason

薄肉弾性体に生じるひずみの動的応答から，弾性体に作用する外力を同定する基礎的な方法が確立できたため．

Strategy for Future Research Activity

薄肉連続体に作用する分布外力の同定方法の確立のため，連続体の振動問題を複数の区分や要素に分割して多自由度系の振動問題としてモデル化し，順解析とその結果に基づく逆解析を試みる．そこでは，ひずみ応答の多点での測定データの活用について検討する．さらに，集中周期外力および分布外力により誘起された非線形振動応答をひずみにより測定した結果から，外力分布を測定する手法を確立するため，複数の外力分布による非線形振動応答の解析と実験を行う．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

今年度購入した研究用機器類が予定より安価に購入できたために若干の次年度使用額が生じたものである．
次年度の研究経費の一部として使用する．