| 研究課題/領域番号 |
21K03959
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 都城工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
若生 潤一 都城工業高等専門学校, 一般科目理科, 教授 (50353355)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | 粉粒体ダンパ / 離散要素法シミュレーション / １粒子モデル / 気体分子運動論 / 離散要素法 / 非平衡統計物理学 / 流体方程式 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
粉粒体ダンパは容器とそれに封入された粉粒体により構成され、容器が加振された際に、粉粒体粒子間等の非弾性衝突による力学的エネルギーの散逸を利用して、容器の振動を抑制する装置である。現在広く用いられている粘性流体や粘弾性体を用いたダンパに比べ、粉粒体ダンパは低温・高温、高圧・低圧等の厳しい環境やメンテナンスが難しい環境における活用が可能である。
本研究では、粉粒体ダンパ中の加振された粉粒体の状態遷移を、離散要素法を用いた数値シミュレーションおよび非平衡統計物理学の理論的手法を用いて調べ、粉粒体ダンパが最も効率良く動作するパラメータの組み合わせと、それに関する物理を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、重力下および無重力下において加振された粉粒体ダンパ中の粉粒体の状態遷移についての統一的な理解を得るために、離散要素法を用いた数値シミュレーションを実施する。大規模シミュレーションを実施するための計算サーバーを購入し、ハード・ソフト両面における計算環境を整え、安定的に運用を行っている。既に３次元の離散要素法を用いた数値シミュレーションのプログラムを完成させている。現在本研究の主題である粉粒体の状態遷移についての、粒子半径、反発係数、加振の振幅、振動数等のパラメータを広範囲に変えた大規模シミュレーションを実施しているところである。また、粉粒体ダンパ内の粉粒体粒子の運動の様子を３次元の動画として可視化するプログラムも作成した。
同時に、より理論的な取り扱いが簡単な無重力下の粉粒体ダンパの状態遷移について理論研究を行っている。加振の振幅が小さいときの粉粒体が高密度の層をつくる状態について、１粒子モデルに基づいて、粉粒体ダンパの周波数応答に関する理論的解析を行っている。理論の予測と数値シミュレーションの結果を比較し、モデルの有効性を検証している途中である。また、加振の振幅を大きくしていったときに現れる粉粒体が容器全体に広がった気体的状態についても、粉粒体からなる気体の弾性体としての特徴を考慮したモデルを構築し、粉粒体ダンパの周波数応答に関する理論的解析を行っている。こちらについても理論と数値シミュレーションの結果を比較し、モデルの有効性を検証している途中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
担当している校務の想定外の負担により、研究の進展に遅れが生じた。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、より理論的な取り扱いが簡単な無重力下の粉粒体ダンパの状態遷移についての研究をまとめる。加振の振幅が小さいときの粉粒体が高密度の層をつくる状態について、現在行っている１粒子モデルに基づく理論的解析の結果と数値シミュレーションの結果を比較し、１粒子モデルの有効性を検証した結果をまとめる。加振の振幅を大きくしていったときに現れる粉粒体が容器全体に広がった気体的状態についても、粉粒体からなる気体の弾性体としての特徴を考慮したモデルを構築し、理論と数値シミュレーションの結果を比較し、モデルの有効性を検証した結果をまとめる。
次に、重力下の粉粒体ダンパの状態遷移についても、無重力下の場合に用いた理論モデルを用いてダンパの周波数応答の理論的解析を行う。加振の振幅を大きくしていったときに起こる粉体層が底面近傍で弾んでいる状態から、高密度層が低密度層の上に乗っている密度反転状態への遷移を、各種パラメータを広範囲に変えたシミュレーションにより調べる。理論の解析と大規模数値シミュレーションの結果を総合し、遷移を特徴づける制御パラメータを明らかにする。
最終的に、無重力下、重力下での加振された粉粒体の状態遷移の研究成果を統合し、重力の有無に関わらず、粉粒体ダンパが加振された時の粉粒体の振る舞いを統一的に説明するための理論的枠組みを提示する。
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