研究課題
圧電型スマート制振プレートは、圧電素子と自律駆動するスイッチ回路及びコイルを用いて振動エネルギを散逸させ、構造物を自律的に制振する技術である。本研究では、大振幅の振動を、大面積且つ広周波数帯域に渡って自律的に制振することが可能な圧電型スマート制振プレートの実現を目指して、その機械-電気特性の解析技術の確立と基礎的な検討を行った。初めに、圧電片持ち梁構造を用いて、制振プレートの新しい機械-電気支配方程式の導出、その方程式と複雑な電子回路を連成解析する技術の確立に取り組んだ。現在、スマート制振プレートの機械-電気特性の解析技術には1自由度系モデルが幅広く利用されているが、加振加速度/加振力が変動すると実験値と解析結果に大きな差異が生じた。本研究では非線形の圧電方程式を基にした新しい機械-電気支配方程式を導出し、それが従来の1自由度系モデルでは再現できない非線形現象（加振加速度が上がるにつれて、共振周波数が低周波数へシフトし、ピークが丸みを帯びる）を再現することを確認した。導出した支配方程式は非線形項を含み、その支配方程式とトランジスタを多用する複雑な自律駆動スイッチ回路を連成解析して解析解を導くことは困難である。本研究では機械力学と電子回路の解析で双方向にフィードバックをかけて計算を進める双方向連成解析法を開発し、その解析結果が実験を再現することを証明した。次に、より高次の振動モードの制振を目指して板に周期的に圧電素子が配置されたスマート制振プレートの基礎検討を行った。制振性能を強化する自律駆動スイッチ回路の設計に取り組み、3次モードまでの制振を確認した。しかし、1次モードでは70%以上の振動低減が可能であったが、2次では47%、3次では30%ほどであった。自律駆動スイッチ回路の集積化や圧電素子に大きな応力が掛かる構造設計を検討すれば、高次でも大きな制振が期待される。
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Mechanical Systems and Signal Processing
巻: 144 ページ: 106867～106867
https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.106867
