|
数値解析技術の発達により、家電や車両などの機器の設計時に、流体騒音を予測するとともに、その発生メカニズムを明らかにすることが可能になりつつある。しかしながら、発生メカニズムが明らかになったとしても、どのように形状を修正すれば、流体騒音の発生を抑制できるのかは自明ではない。現状では、個々の問題ごとに経験則に基づく対策が講じられており、流体騒音の低減を目的とした汎用的な設計手法は確立されていない。
本研究では、実験や数値解析による試行錯誤を繰り返すことなく、従来設計を超える革新的な静音形状の創出を可能にするために、流体騒音に対する設計パラメータの感度を高精度かつ高速に評価可能な手法を構築することを目的とした。機械工学において重要な低マッハ数流れから発生する流体騒音を高精度に計算するために、流体騒音の直接解法として格子ボルツマン法を用いた。また、多数の設計パラメータの感度を高速に評価するために、流体騒音の最小化問題を変分法により定式化した。導出された随伴方程式を数値解析することによって流体騒音に対する形状の感度を評価することができる随伴感度解析手法を構築した。随伴解析によって評価した感度を差分法によって評価した結果と比較し、両者が定量的に一致することを示し、定式化の妥当性を確認した。さらに、本手法を一様流中の柱状物体から発生するエオルス音の低減を目的とした形状最適化に適用した結果、エオルス音を低減可能な新しい後縁形状が得られた。
|
