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．

为了开发气动悬浮运输设备流固耦合系统的严格分析方法，我们扩展了迄今为止建立的分析模型。具体来说，我们致力于将由于供应空气的压力而在输送物体上发生的弹性变形的影响纳入分析模型中。该分析模型通过确定稳态项悬浮位移、输送物体下方间隙中的压力以及稳定方程中的空气流速，推导出考虑输送物体弹性变形的悬浮解，并进一步假设微小振动。计算了系统的动态稳定性，但根据设定的参数，被输送物体的变形可能较大，导致计算成本增加、解收敛等问题。为此，我们开发了一种新的分析算法，考虑输送物体的弹性变形，通过三次重复计算计算浮动位移、压力和流量，然后使用 Muller 方法计算输送物体的动态稳定性。系统已构建。除了输送物体的弹性变形之外，还对输送物体的平移和旋转进行计算，从而可以分析实际机器中发生的各种振动模式耦合的动态不稳定条件。通过实验验证证实了该模型的有效性。此外，在本研究中，我们通过引入离散元方法非光滑DEM，建立了一个考虑输送物体同时多点接触问题的模型。该模型将模拟输送物体的颗粒加载到皮带上，并通过再现发生自激振动时皮带、支撑结构（槽）和颗粒之间同时发生多点接触的状态来动态地稳定系统。问题在于颗粒的摩擦系数和斥力系数的处理以及计算的稳定性。因此，本研究构建了离散元法非光滑DEM动力稳定性分析模型，并建立了其计算方法。通过将该模型纳入流固耦合分析，可以分析考虑同时多点接触的气动悬浮输送装置，并在减振机构的开发中获得重要的知识。

项目成果

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: 赤羽 祐紀;武田 真和;菅原 佳城
• 通讯作者: 菅原 佳城

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: 足利 尚亮;武田 真和;廣明 慶一;渡辺 昌宏
• 通讯作者: 渡辺 昌宏

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: 須田 貴大;武田 真和;菅原 佳城
• 通讯作者: 菅原 佳城

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: 須田 貴大;武田 真和;菅原 佳城
• 通讯作者: 菅原 佳城

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: 須田 貴大;武田 真和;菅原 佳城
• 通讯作者: 菅原 佳城