接触回転系におけるパターン形成現象の発生防止設計法に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650255
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 近藤 孝広 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (80136522)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松崎 健一郎 九州大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (80264068) ; 盆子原 康博 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (10294886) ; 宗和 伸行 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (40304753)
• Keywords: パターン形成現象 / 接触回転系 / 時間遅れ系 / エネルギー指数 / モード解析 / 不安定振動 / 安定判別 / 最適設計

Research Abstract

機械工学の分野で数多く見られる接触回転系においては,運転中に構成要素の変形が自励的に成長するのに伴って系全体に大きな振動が発生し,ロール等の接触面に周期的な変形パターンが形成される現象がしばしば生じる.この現象に対する従来の解析手法は,線形時間遅れ系の特性根を直接求めて安定性を判別しようとするものであるが,特性根の計算手続きが煩雑で,大規模系に対する防止対策への応用には不向きである.
そこで本研究では,研究代表者らによって開発された簡易安定判別法を,より大規模で実際的な接触回転系に適用できるように拡張・一般化した.簡易安定判別法によれば,モード解析の概念を援用して時間遅れ要素から系内に流入する不安定化エネルギーと減衰要素で消費される安定化エネルギーとを評価することによって,線形時間遅れ系の特性根を求めることなくモード別の発生危険度を比較的容易に推定できる.本年度は,従来の解析法では取り扱いが困難であった大規模かつ一般的な系に対しても簡易安定判別法が適用可能であることを示した.
また,簡易安定判別法ではモード別の安定条件式が陽に得られるので,最適設計法の目的関数として利用し易い.そこで,各種の最適設計法と簡易安定判別法とを有機的に結合することによって,大規模系に対する合理的かつ効率的な防止対策設計法を開発し,具体例に適用してその有効性を検証した.
一方,これまでの研究によって,パターン形成現象の全体像を解明するとともに抜本的な防止対策を立案するためには,系内に不可避的に含まれる非線形性の影響を考慮する必要のあることが認識されてきた.そこで本年度は,その基礎的研究として,粘弾性変形や研削に基づくパターン形成現象の最も単純なモデルである1自由度非線形時間遅れ系を取り扱い,その振動特性を解明した.

Research Products

• [Publications] Kenichiro MATSUZAKI: "Countermeasures for Polygonal Deformation of Work Rolls of a Hot Leveler"Proceedings of the Sixth International Conference on Motion and Vibration Control. Vol.2. 991-996 (2002)
• [Publications] Nobuyuki SOWA: "Pattern Formation Phenomena in Contact Rotating Systems (Simplified Method for Stability Analysis and Prevention Measure by Using Energy Factor)"Proceedings of the Sixth International Conference on Motion and Vibration Control. Vol.2. 997-1002 (2002)