容器内液面の非線形振動

 自由表面を有する容器内の液体が外部励振力と共振揺動する現象はスロッシング現象と呼ばれる。スロッシング現象は、固有振動数が揺動振幅に依存するなど顕著な非線形性を示すため、共振に近い状態での液面揺動を明らかにするためには微小振幅波を仮定する線形解析では不十分であり、液面の境界条件の非線形性を考慮した有限振幅理論に基づく応答解析がが必要と考えられる。当研究室では、円筒容器、直方体容器、偏心二重円筒容器等の様々な容器内液面の揺動特性について理論解析および実験をおこなっている。


偏心二重円筒容器の液面揺動
偏心二重円筒容器の液面遥動


周波数応答(高液深時)周波数応答(低液深時)
   周波数応答(高液深時)     周波数応答(低液深時)

ミスチューンを有する翼・ディスク系の振動特性

 ミスチューン有する翼・ディスク系の振動応答は、チューン系(ミスチューンの無い系)の応答より、大きくなることが知られている。この現象は局所化と呼ばれている。ミスチューンを有する翼・ディスク系の振動特性の研究している。


翼・ディスク系
翼・ディスク系


周波数応答(局所化した場合)周波数応答(局所化しない場合)
    周波数応答(局所化した場合)  周波数応答(局所化しない場合)

格子ボルツマン法を用いた不規則応答解析

 ガタやヒステリシスなどの非線形性を有する構造物が、地震動や風負荷などの再現性のない不規則な励振を受ける場合があり、不規則励振を受ける非線形系の動的挙動を明らかにすることは重要な問題となっている。本研究では、白色性励振を受ける系の応答の確率密度を支配するFokker-Planck方程式を、格子ボルツマン法を用いて解析を行なっている。

エンドミル加工時に発生するびびり振動の抑制対策

 近年、金型や部品の加工において行われるエンドミル加工では、加工効率のさらなる向上を目指した主軸回転速度の高速化や、より複雑で細かい加工が求められている。その一方でびびり振動を回避する切削条件は厳しく、加工効率をさらに上げるためにはびびり振動の回避または抑制が必須課題となっている。 本研究は、びびり振動を回避するために加工効率を犠牲にして切削条件を変えることなく、びびり振動が発生する限界の切削幅を超えて切削してもびびり振動を発生させずに加工が行える制振装置(動吸振器)を開発し、その最適設計法を確立することである。この動吸振器を用いることで、主軸回転数の違いに関わらずびびり振動が発生してしまう限界の切削幅を増加させ、一度により多くの加工をすることで加工時間の大幅な短縮を図る。

動吸振器
動吸振器を付加したツールホルダ

ディスクブレーキの鳴き抑制対策

 近年、自動車業界ではエンジンの静粛性の向上やハイブリット車や燃料電池自動車、電気自動車の開発で走行時の静粛性が格段に上がっており、低速制動時において甲高い不快音が鳴るブレーキノイズの発生が問題となっている。ブレーキノイズは単に騒音となり我々に不快感を与えるだけでなく、ブレーキ系の異常音と誤認させてしまうこともある。このためブレーキノイズに関する研究は数多くなされているが基本的に再現性に欠ける確率的な現象であることや、摩擦現象とブレーキ機構の振動による複雑な問題であることからその発生メカニズムは未だ解明には至っていない。現在ディスクブレーキ鳴きの抑制対策において様々な研究がなされているにも関わらず、ほとんどがある特定の対象系の特定な鳴き周波数に対する限定的なものであり、確実な効果を挙げ得る対策は未だ存在しない。本研究ではブレーキピストン内に封入した圧電素子を高周波加振するディザーコントロールによってブレーキ鳴き抑制を試みる。

ブレーキ鳴き研究の実験機器
ブレーキ鳴き実験装置

主な論文

[2012]

Characteristics of Random Vibration of Mistuned Bladed Disk
Journal of System Design and Dynamics, The Japan Society of Mechanical Engineers, Vol. 6, No. 1, pp. 120-130.
Hiroki TAKAHARA, Takayuki SUGIYAMA, Yutaka NAKANO

ミスチューンを有する翼・ディスク系の感度解析を用いた振動特性評価
日本機械学会論文集 C編, Vol. 78, No. 1, pp. 12-26.
高原 弘樹, 牧本 明大

[2011]

ミスチューンを有する翼・ディスク系の不規則振動特性
日本機械学会論文集 C編, Vol. 77, No. 781, pp. 3365-3374.
高原 弘樹, 杉山 敬幸, 中野 寛

Free Vibration Analysis of Multi-Surface Liquid Motion in a Rectangular Tank with Different Surface Areas
Journal of Environment and Engineering, Vol. 6, No. 2, 2011, pp. 340-351.
Hiroki TAKAHARA, Shinji TAMURA, Jun FUKUDA, Yoichi HIKITA, Koji KIMURA

Squeal and chatter phenomena generated in a mountain bike disc brake
Journal of Sound and Vibration, Vol. 330, No. 10, pp. 2138-2149.
Takashi Nakae, Takahiro Ryu, Atsuo Sueoka, Yutaka Nakano, Takumi Inoue

Investigation into Vibration Absorbers Attached to Tool Holder against Chatter in End Milling Operations
The 14th Asia Pacific Vibration Conference, Proceedings of the 14th Asia Pacific Vibration Conference, Vol. 3, pp. 1503-1512.
Yutaka NAKANO, Hiroki TAKAHARA, Hirotaka MATSUMOTO

ディザーコントロールによるディスクブレーキの鳴き抑制
Dynamics and Design Conference 2011, Dynamics and Design Conference 2011 CD-ROM講演論文集, No. 405, pp. 1-7.
中野 寛, 高原 弘樹, 田中 遼平

エンドミル加工時の再生びびり振動に対する多重動吸振器の制振特性
Dynamics and Design Conference 2011, Dynamics and Design Conference 2011 CD-ROM講演論文集, No. 406.
中野 寛, 松本 裕貴, 高原 弘樹

ミスチューンを有する翼・ディスク系の不規則振動特性
Dynamics and Design Conference 2011, Dynamics and Design Conference 2011 CD-ROM講演論文集, No. 534.
高原 弘樹, 杉山 敬幸, 中野 寛

負の質量特性を有する1自由度系の自由振動特性
日本機械学会関東支部第17期総会講演会講演論文集, 日本機械学会, Vol. 110, No. 1, pp. 201-202.
高原 弘樹

振動基礎の研究動向
Dynamics and Design Conference 2011, pp. 1-7.
丸山 真一, 原田 晃, 田村 晋司, 中野 寛, 星野 洋平

[2010]

COUNTERMEASURE AGAINST REGENERATIVE CHATTER IN END MILLING OPERATIONS WITH VIBRATION ABSORBERS
ASME 2010 International Mechanical Engineering Congress & Exposition, 2010.
Yutaka Nakano, Hiroki Takahara

回転工具に取り付けた動吸振器によるエンドミル加工時再生びびり振動抑制対策
Dynamics and Design Conference 2010 CD-ROM講演論文集, No.353, 2010, pp.1-6.
中野 寛, 高原 弘樹, 園田 拓郎, 畑尾 友紀

Experimental and Analytical Chatter Prediction Method in End-Milling Process
2nd INTERNATIONAL CONFERENCE ON VIBRO-IMPACT SYSTEMS, No.37.
Yutaka Nakano, Hiroki Takahara

[2009]

Stability Analysis and Countermeasure against Regenerative Chatter in End Milling Process
13th Asia Pacific Vibration Conference, 2009, pp. 1-10.
Yutaka NAKANO, Eiji KONDO, Hiroki TAKAHARA

動吸振器を用いたエンドミル加工時に発生する再生びびり振動の抑制対策
Dynamics and Design Conference 2009, 328, 2009.
中野 寛, 近藤 英二, 高原 弘樹

多液面を有する直方体容器内液面の三次元自由振動特性
日本機械学会論文集 C編, 75-749, 2009, pp. 1568-1574.
木村 康治, 高原 弘樹, 田村 晋司, 廣瀬 雄一

面積の異なる多液面を有する直方体容器内液体の2次元自由振動特性
日本機械学会論文集 C編, 75-749, 2009, pp. 81-86.
高原 弘樹, 田村 晋司, 福田 潤, 疋田 洋一, 木村 康治

Simple Identification Method of Stability Chart of Regenerative Chatter Vibrations in End-Milling Process
3rd International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology, 1D9, 2009.
Yutaka Nakano, Eiji Kondo, Eiji Kaneda, Norio Kawagoishi

Stability Analysis and Countermeasure against Regenerative Chatter in End Milling Process
13th Asia Pacific Vibration Conference, 2009, pp. 1-10.
Yutaka NAKANO, Eiji KONDO, Hiroki TAKAHARA

Development of Dynamic Vibration Absorber with Parallel Flat Springs for Damping of Spindle Head Vibrations in Machining Center
13th Asia Pacific Vibration Conference, 2009, pp. 1-9.
Eiji KONDO, Ryuji FUCHIUE, Yutaka NAKANO, Kenta MATSUMOTO, Norio KAWAGOISHI

直近の修士論文

エンドミル加工時の再生びびり振動に対する多重動吸振器の制振特性
ミスチューンを有する翼・ディスク系の振動局所化現象の感度解析
振り子型直方体容器内液面の三次元非線形連成振動に関する研究

直近の学士論文

ディザーによるディスクブレーキの鳴き抑制メカニズムの解明
振り子型容器内液面の3次元振動特性に関する研究
エンドミル加工におけるびびり振動の発生限界の予測に関する研究
負の質量特性を有する系の振動特性に関する研究

東京工業大学 工学院(機械系)

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