| 研究概要 |
最初に,管内脈動流による弾性送水管の曲管部分の面外振動を支配する方程式系,すなわち
・管の法線方向の力の釣り合い
・管の従法線方向(面外方向)の力の釣り合い
・管軸まわりのモーメントの釣り合い
・管軸が伸びない条件
に重力の影響を考慮に入れた方程式系を完成させた.従来,内部に流体が流れている曲管の非線形運動方程式は求められていなかった.
次に,これらをもちいて,曲管の面内および面外固有振動を理論的に明確にしたのち,管内脈動流による曲管部分の振動現象の理論解析を行った.このとき,支配方程式系から最終的に曲管の振動振幅の方程式を求めるためには,固有関数を曲管の中心軸に沿った曲線座標系のべき級数で求める必要があることなど膨大な解析計算が必要になるため,数式処理を援用して解析計算を行った.
この結果,管内脈動流による曲管の空間運動は,静的平衡状態を含む面内では1次の固有振動成分が強制加振され,その面に直交する面内つまり面外振動が係数励振されることなどを明らかにした.すなわち,励振された面外振動は,曲げ振動とねじれ振動が線形連成している.また面内振動と面外振動とは線形では連成せず,非線形項を介して連成している.
最後に,二台のCCDカメラによる測定とコンピュータによる画像解析を行うことにより,脈動流成分による曲管の振動現象の三次元計測を行い,理論的に予測された曲管の一次振動モードの共振状態における曲管の面内および面外振動を実験的に検証した.また,これに先立ち,曲管の面内および面外固有振動数を測定して,理論解析結果との比較検討を行った.これによって,直管部分の振動に比べてその解明が著しく遅れ,とくに実験による定量的な研究がほとんどなかった.管内流に起因した曲管部分の振動,とくに面外も含む振動現象が定量的に明確になった.
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