高精度騒音推定法とモード合成法に基づく機械構造・形状の静音最適化システムの開発

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様々な工業製品が発生する振動や騒音を低減して快適な居住環境を確保するために,振動・騒音発生源を明確にするとともに,その構造の補強,軽量化を経て発生騒音を最小化する必要がある.そこで本研究では,構造変更の際の振動特性を容易に推定できるモード合成法と,振動モード解析に基づく高精度騒音推定法を組み合わせて,発生騒音が最小となるような構造変更を教示できる構造最適化システムを開発することを目的とした.そして,自動車の床板を模擬した片持ち矩形板およびトランスミッションケースについてその静音構造の最適化システムの構築を試みた.片持ち矩形版の構造最適化については,まず,単純片持ち矩形板の実験モード解析結果および付与する矩形補強板の有限要素法モード解析結果を合わせて,モード合成法により,補強板付きの片持ち矩形板の振動モードを求め,高精度騒音推定法により衝撃加振時の騒音パワーの推定を行うとともに測定実験を行って,高い推定精度が得られることを明らかにした.さらに,騒音推定までの一連のプロセスを組み込んだ構造最適化システムを構築し,片持ち矩形板を格子状に区画してそれぞれを補強または軽量化する構造最適化を実行した.その結果得られた最適構造変更矩形板の放射音響パワーの推定値および実験値は良く一致し,かつ単純矩形板の放射音響パワーに比較して数dB低減されることが明らかになった.トランスミッションケースの構造最適化については,まず,半球型,シルクハット型および山高帽型の3種類の形状について,実験モード解析,有限要素法振動モード解析と高精度騒音推定法により衝撃加振時の放射音響パワーの推定を行うとともに,測定実験を行った.そしてその結果に基づいて,有限要素寸法が推定精度に及ぼす影響を定量化するとともに,形状と音響パワーの特徴を明らかにしてパワーの小さい形状について考察した.