| 研究課題/領域番号 |
12650179
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
流体工学
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
岡本 史紀 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (60052875)
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| 研究期間 (年度) |
2000 – 2001
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| 研究課題ステータス |
完了 (2001年度)
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| 配分額 *注記 |
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2001年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2000年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
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| キーワード | 圧力分布 / 変動圧力 / 渦 / 流体力 / ロックイン / 流体関連振動 / インライン / 円柱 / 圧力 |
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| 研究概要 |
流体による振動の中では従来、カルマン渦による渦励振が一般的に良く知られている。それは物体の固有振動数がカルマン渦の流出振動数に近づくと、カルマン渦の流出振動数が物体の固有振動数に引きつけられる、いわゆるロックイン現象を生じる。このロックイン状態では物体の振動振幅が急激に増加し、時には大規模な事故等が誘発される場合もある。本研究では流れ方向に二次元円柱を強制振動させ円柱の加振振動数をロックイン状態の領域内外に変化させた場合の円柱に作用する流体力について詳細に調べ、ロックイン状態の領域内外の渦励振を誘発する非定常な流体力の評価を行なった。本研究で用いた風洞は、500mm×500mmの正方形吹き出し口をもつN. P. L式ブローダウン型風洞で、長さ2000mmの測定部を有している。モデルとなる円柱は直径D=50mmアルミニウム製のものを用い、前縁より500mm下流の位置に片持ち支持された円柱を加振装置に設置し、主流方向に片側振幅1.5mmに正弦的に加振した。実験は主流速度4m/s、Re=1.32×10^4のもとで行なった。背面圧力係数と加振振動数Svの関係を調べるとロックイン領域より前の領域では加振振動数Svが増えるとともに背面圧力係数は上昇するが、ロックイン領域に入ると急激に低下し、ロックイン領域中央部分で最低値に達する。次に変動抗力係数はSv=0.3付近から急激に増加し、Sv=0.4付近でピークに達し、Sv=0.45まで急激に減少している。これよりロックイン領域に入ると円柱の急激な増大が見られる。振動変位d/Dと変動抗力係数のリサージュ図形を調べると、ロックイン領域に入ってからピークに達する直前まではリサージュ図形は右回りを描いており、変動抗力は不安定で振動を増大させる方向に作用している。一方ロックイン領域後半以降も右回りを描き変動抗力は励振力として円柱表面に作用していることがわかった。
本研究から次のようなことが明らかになった。
(1)本実験の範囲では、Sv=0.325からロックイン領域に入りSv=0.425でロックイン状態から離脱する。
(2)ロックイン状態では、背面圧力が最低値、平均抗力は最大値に達する。
(3)ロックイン状態前後を比較して、ロックイン領域中央付近では、変動抗力は最大となり、振動振幅の増大の原因となる。
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