搬送系で発生するフラッタのアクティブ張力制御による制振

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09875063
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 金子 成彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (70143378)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 辰郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (70011179) ; 毛利 泰裕 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30010870)
• Keywords: クラッタ / 自励振動 / 搬送システム / 紙 / ケーブル / 進行波 / 有限要素法 / 安定性

Research Abstract

本研究は、光ファイバーケーブルや紙などのような高速で搬送されるシステムで発生する空気力と構造物との連成振動の発生機構の解明と制振方法の開発を目標に、平成9年度から10年度までの2年間に亘って行われた。発生機構の解明については、紙を対象に研究を行い、制振システムの開発についてはケーブルを対象に行った。解析においては、有限要素法によって定式化を行った。構造系の記述に用いた補間関数を紙に作用する流体力の記述にも用いることにより、流体構造連成効果を含めて解析することに成功した。連成系の支配方程式を変動成分について線形化し、複素固有値解析により安定性解析を行った結果、フラッタが発生し始める限界流速と張力の関係を予測することに成功した。また、フラッタの発生モードは進行波であることを初めて明らかにした。理論結果の妥当性は、実験によって確認された。したがって、本研究によって、2次元流れにさらされた紙や光ファイバーのフラッタ挙動は解明されたと言って良い。しかしながら、各パラメータの物理的な意味や現象に対する寄与の度合いについては今後の検討が待たれるところである。次に、制振システムの開発に関しては、風によるケーブルの自励振動を対象に選んで検討を行った。その結果、張力を5%程度変動させただけで、振動振幅を許容値以下に押え込むことが可能であることを見出した。機構設計に関する研究を行った後で、搬送システムへの応用が今後期待されるところである。

Research Products

• [Publications] 田中成彦・藤谷宏・渡辺辰郎・金子成彦: "柔軟構造物のフラッタに関する研究" 日本機械学会講演論文集. 93・3(IV). 214-215 (1998)
• [Publications] 鈴木雄一・金子成彦: "張力を受ける紙のフラッタに関する研究" 日本機械学会講演論文集. 97・10(B). 115-117 (1997)
• [Publications] 町田剛敏・金子成彦・渡辺辰郎・中野龍児・片村玄太: "斜張橋ケーブルに発生する緩流励起振動に関する研究" 日本機械学会講演論文集. 98・8(I). 701-704 (1998)
• [Publications] 中野龍児・片村玄太・金子成彦: "振動モードの制御による斜張橋斜材ケーブルの制振" 日本機械学会講演論文集(第5回運動と振動の制御シンポジウム). 31. 281-284 (1997)
• [Publications] 金子成彦・マルスディブディウトモ・渡辺辰郎・中野龍児: "風によるケーブルの振動へのアクティブ張力制御への適用に関する研究" 日本機械学会講演論文集. 97-10(B). 150-153 (1997)