凹凸曲面形状付加による薄板構造物の静音化最適形状の研究

機械製品の外骨格を成すプレス成形による薄板構造物においては,凹凸形状を付加することにより高剛性化を図り振動・騒音を低減することがよく行われる.この場合,重量増加を伴わずに低騒音化できる利点があるが,対処療法的に凹凸形状を配置しているため,静粛化のための効果的な予測技術および最適化技術が望まれている.そこで本研究では,凹凸形状付加により薄板構造物を静粛化する最適化技術を確立することを目指し,周辺固定された矩形凹凸付加平板を対象に,1次モードおよび高次モードの音響放射パワーを低減する最適な凹凸形状の推定について検討し,以下の結果を得た.1.音響パワーを目的関数とした最適化と実験検証矩形凹凸の位置と大きさを設計変数とし1次モードの音響パワーを最小とする最適化計算を行った.パンチ・ダイ機構を試作して,プレス加工により最適凹凸付加平板を試作し,実験振動モード解析および音響パワー測定を行った.単純平板の音響パワー測定結果と比較したところ,凹凸付加による固有振動数の増加に伴うモード減衰比の低下に起因して予測した低減量は確認できなかった.そのため,新たに比例粘性減衰の仮定を導入し,単純平板の実験振動モード解析結果から凹凸形状付加によるモード減衰比の変化を予測し,減衰を考慮した最適化を行った結果,1次モードの音響パワーを5.3dB低減させる最適解を得た.2.振動の節と加振点との距離を目的関数とした最適化前述の矩形凹凸付加平板の高次モードの音響パワーを低減することを目指し,平板への入力パワーを小さくするために振動モードの節と加振点の距離を目的関数として最小化する最適化を行った.矩形凹凸の位置と大きさを設計変数として,2次モードついて逐次2次計画法による最適化計算を行った結果,最適解における音響パワーは単純平板に比べて11dB小さくなり,提案した手法の有用性が示された.

機械製品の外骨格を成すプレス成形による薄板構造物においては,凹凸形状を付加することにより高剛性化を図り振動・騒音を低減することがよく行われる.この場合,重量増加を伴わずに低騒音化できる利点があるが,対処療法的に凹凸形状を配置しているため,静粛化のための効果的な予測技術および最適化技術が望まれている.そこで本研究では,凹凸形状付加により薄板構造物を静粛化する最適化技術を確立することを目指し,周辺固定された矩形凹凸付加平板を対象に,1次モードおよび高次モードの音響放射パワーを低減する最適な凹凸形状の推定について検討し,以下の結果を得た.1.音響パワーを目的関数とした最適化と実験検証矩形凹凸の位置と大きさを設計変数とし1次モードの音響パワーを最小とする最適化計算を行った.パンチ・ダイ機構を試作して,プレス加工により最適凹凸付加平板を試作し,実験振動モード解析および音響パワー測定を行った.単純平板の音響パワー測定結果と比較したところ,凹凸付加による固有振動数の増加に伴うモード減衰比の低下に起因して予測した低減量は確認できなかった.そのため,新たに比例粘性減衰の仮定を導入し,単純平板の実験振動モード解析結果から凹凸形状付加によるモード減衰比の変化を予測し,減衰を考慮した最適化を行った結果,1次モードの音響パワーを5.3dB低減させる最適解を得た.2.振動の節と加振点との距離を目的関数とした最適化前述の矩形凹凸付加平板の高次モードの音響パワーを低減することを目指し,平板への入力パワーを小さくするために振動モードの節と加振点の距離を目的関数として最小化する最適化を行った.矩形凹凸の位置と大きさを設計変数として,2次モードついて逐次2次計画法による最適化計算を行った結果,最適解における音響パワーは単純平板に比べて11dB小さくなり,提案した手法の有用性が示された.