電磁・構造・音場連成解析手法の開発と音場制御に関する研究

电磁场、结构场、声场耦合分析方法发展及声场控制研究

• 批准号: 07750263
• 负责人: 河村 庄造
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750263/
• 关键词: 振動; 音響; 圧電素子; 連成解析; 音場制御; 最適設計

本研究では,電磁・構造・音場連成解析手法の開発と音場制御に関する研究を行った.すなわち,壁面に取り付けられた圧電素子を用いて閉空間内部の音場を効果的に制御することを目的とし,そのため初めに電磁・構造・音場連成解析手法を開発した.初めに圧電素子のモデリングを行い,それを研究代表者が既に開発している構造・音場連成解析手法と連成させて,シミュレーションプログラムを完成させた.圧電素子の挙動を支配する方程式は圧電方程式であり,それは電気系と構造系の連成を表現している.その方程式を,有限要素法を用いて離散化して用いた.構築したプログラムを用いて,既知の電圧信号で圧電素子を動作させた場合の構造物の振動状態と圧電素子の電気的状態,,およびその振動によって形成される音場を数値的にシミュレートした.その結果,圧電素子をモーメントの発生源としてモデル化するよりも,構造物の一部としてモデル化する方が,より実際の現象を表現できることがわかった.次に音場制御のための構造系,制御系の設計を行った.初めに,音場の制御効果の評価方法(最適設計のための評価関数)を定め,種々の制御方法を用いた場合の音場の制御効果を数値的に調べた.次に,制御方法を定めた場合の効果的な圧電素子の貼り付け位置を求めるため,貼り付け位置を設計変数として評価関数の感度解析を行い,最適な貼り付け位置を求め,制御効果の向上を数値的に検討した.このとき,構造系も同時に設計変更した方が,制御効果が向上することがわかったので,研究代表者がこれまで開発してきた,構造系と制御系の同時最適設計手法を用いて構造系も含めた最適設計を行った,そして得られた結果を数値的に検討し,制御効果が向上することを示した.また簡単な実験によって数値解析結果の検証を行った.

在这项研究中，我们开发了电磁、结构和声场耦合分析方法，并进行了声场控制研究。换句话说，我们进行了使用附着在墙壁上的压电元件进行声场控制的研究。我们开发了电磁场、结构场和声场耦合分析方法。首先，我们对压电元件进行了建模，并将其与研究代表已经开发的结构场和声场耦合分析方法结合起来，完成了程序。 。控制电气元件行为的方程是压电方程，它表达了电气系统和结构系统之间的耦合。使用已知电压信号的压电有限元方法对该方程进行离散化。我们对结构的振动状态、压电元件的电状态以及元件工作时振动形成的声场进行了数值模拟。因此，我们将压电元件建模为力矩源而不是成为力矩源。还发现将其建模为结构的一部分可以更好地表达实际现象。接下来，我们设计了声场控制的结构系统和控制系统。首先，我们设计了声场控制效果评估方法（评估）。以获得最佳设计）确定了采用各种控制方法时的声场控制效果。接下来，确定了以安装位置为设计变量的评价函数的灵敏度时，粘贴压电元件的有效位置。我们进行了分析以确定最佳附着位置，并对如何提高控制效果进行了数值研究，此时我们发现如果同时改变结构系统的设计，控制效果会有所提高，因此主要研究者采用作者开发的结构系统和控制系统同时优化设计方法，对结构系统进行了优化设计，并对所得结果进行了数值检验，发现可以提高控制效果。还通过简单的实验验证了数值分析结果。

项目成果

岩壺卓三・河村庄造・枩田建志・塩幡宏規: "電気・構造・音場連成系の解析に関する研究" 日本機械学会1995Dynamics and Design Conference機械力学・計測制御講演論文集(Vol.B)(No.95-8(I)),. 421-424 (1995)

Takuzo Iwatsubo、Shozo Kawamura、Kenji Hiroshita、Hironori Shiohata：《电气、结构和声场耦合系统的分析研究》日本机械工程师学会1995年动力学与设计会议机械动力学与测量控制讲座论文集（Vol.B） （第.95-8（I）号），421-424（1995）