空気圧浮上搬送装置に発生する自励振動の励振メカニズム解明と制振機構の開発

气力悬浮输送设备自激振动激发机理的阐明及减振机构的开发

• 批准号: 20K14683
• 负责人: 武田 真和
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14683/
• 关键词: 流体関連振動; 空気圧浮上; 励振メカニズム; 制振機構; 個別要素法

空気圧浮上搬送装置に関して，実機を対象とした流体構造連成系の厳密な解析手法を構築するため，これまでに構築した解析モデルを拡張した．具体的には，供給する空気の圧力により搬送物に生じる弾性変形の影響を解析モデルに組み込む作業を行った．この解析モデルでは，定常方程式から定常項である浮上変位，搬送物下部のすき間内の圧力，空気流量を求めることで搬送物の弾性変形を考慮した浮上解を導き，さらに微小振動を仮定して系の動的安定性を計算するが，設定パラメータによっては搬送物の変形が大きいことに起因して計算コストの増加，解の収束性などの問題が生じる．このため，搬送物の弾性変形を考慮して浮上変位，圧力，流量を3重の繰り返し計算によって求める解析アルゴリズムを新たに構築し，さらにMuller法を用いて系の動的安定性を計算する手法を構築した．また，搬送物の弾性変形に加えて，搬送物が並進・回転する場合についても計算を実施し，実機で発生する様々な振動モードが連成した動的不安定状態の解析が可能となるモデルの構築を行った．このモデルの妥当性は実験検証により確認した．さらに本研究では，個別要素法Non-smooth DEMを導入することで搬送物の多点同時接触問題を考慮したモデルを構築している．このモデルは，ベルト上に搬送物を模擬した粒子を積載し，自励振動発生時にベルトと支持構造（トラフ）および粒子間で多点同時接触が生じる状態を再現することで系の動的安定性を調べるものであるが，粒子の摩擦係数や反発係数の取り扱い，また計算の安定性に課題がある．そこで本研究では個別要素法Non-smooth DEMを対象に動的安定性解析モデルを構築し，その計算手法を確立した．このモデルを流体構造連成解析に組み込むことによって，多点同時接触を考慮した空気圧浮上搬送装置の解析が可能となり，制振機構の開発において重要な知見が得られる．

关于气动浮动输送机，我们已经扩展了迄今为止已经构建的分析模型，以构建针对实际机器的流体结构耦合系统的严格分析方法。具体而言，我们在传送材料上发生的弹性变形中纳入了由所提供的空气压力引起的弹性变形的效果。 In this analytical model, by calculating the steady-state term levitation displacement, the pressure within the gap below the conveyor, and the air flow rate, we calculate the levitation solution taking into account the elastic deformation of the conveyor, and further calculate the dynamic stability of the system assuming small vibrations, but depending on the setting parameters, problems such as increased calculation costs and convergence of the solution occur due to the large deformation of the conveyor.因此，考虑到传送材料的弹性变形，构建了一种新的分析算法，以通过三个迭代计算来确定浮动位移，压力和流速，并构建了一种方法来使用muller方法计算系统的动态稳定性。除了对输送材料的弹性变形外，还针对转换和旋转传送材料的情况进行了计算，并构建了模型，该模型可以通过结合实际机器中生成的各种振动模式来分析动态不稳定状态。通过实验验证证实了该模型的有效性。此外，在这项研究中，我们构建了一个模型，该模型通过引入非平滑DEM方法来考虑多点同时运输材料的接触问题。该模型通过堆叠模拟皮带上输送材料的颗粒来检查系统的动态稳定性，并重现在皮带，支撑结构（槽）和颗粒之间自我激发振动时发生多个同时接触的状态。但是，处理粒子的摩擦系数和反弹系数以及计算的稳定性存在问题。因此，在这项研究中，我们为单个元素方法非平滑DEM构建了动态稳定性分析模型，并为此方法建立了一种计算方法。通过将该模型纳入耦合分析中，可以考虑到多个同时接触点的气动浮动输送设备，并且在开发振动阻尼机制时可以获得重要知识。

项目成果

空気圧で浮上する平板と支持構造の動的安定性（支持構造の減衰要素が自励振動の発生条件に及ぼす影響）

气压悬浮平板和支撑结构的动态稳定性（支撑结构阻尼元件对自激振动条件的影响）

• 发表时间: 2020
• 作者: Y. Masuda;M. Ishikawa;松居和寛;Angela Faragasso;井ノ上 泰輝;足利 尚亮，武田 真和，廣明 慶一，渡辺 昌宏
• 通讯作者: 足利 尚亮，武田 真和，廣明 慶一，渡辺 昌宏

浮上式システムの動的安定性と最適化設計に関する研究

浮动系统动态稳定性及优化设计研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Soichiro TAKATA;Mikane Habashi;Susumu Tarao;須田 貴大，武田 真和，菅原 佳城
• 通讯作者: 須田 貴大，武田 真和，菅原 佳城

浮上式システムの動的安定性に関する研究 ~浮上体の弾性変形を考慮した解析モデルの構築 ~

漂浮系统的动态稳定性研究～考虑浮体弹性变形的分析模型的构建～

• 发表时间: 2022
• 作者: Arita H.;Suzuki Y.;Soichiro Takata;赤羽 祐紀，武田 真和，菅原 佳城
• 通讯作者: 赤羽 祐紀，武田 真和，菅原 佳城

空気圧で浮上する平板の動的安定性と励振機構に関する研究 （並進・回転 2自由度連成系の安定性解析）

气压悬浮平板动态稳定性及激励机理研究（平动与旋转二自由度耦合系统稳定性分析）

• 发表时间: 2022
• 作者: Ya Feng;Henan Li;Taiki Inoue;Shigeo Maruyama;Angela Faragasso;須田 貴大，武田 真和，菅原 佳城
• 通讯作者: 須田 貴大，武田 真和，菅原 佳城

Syudy on Vibration Damping Mechanism of Granular Impact Damper by Particle Method Analysis and Experiments

颗粒法分析与实验研究颗粒冲击阻尼器减振机理

• 发表时间: 2022
• 作者: Akihide Wachi;Masakazu Takeda;Yoshiki Sugawara
• 通讯作者: Yoshiki Sugawara