磁気軸受加振によるロータクラック検出と有限要素解析を併用したその位置・深さの推定

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ロータクラックの検出に関する有限要素モデルの開発と検証,計算の高速化と高精度化,それを用いた数値シミュレーションの検証,および実験を行った.有限要素モデルの開発においては,昨年度検討したクラックの開閉をシグモイド関数を用いた連続関数で表現し,そのパラメータの影響を検討した.従来の成果で明らかにしていたクラックロータを周期的に加振したときに発生する非線形共振現象を数値シミュレーションで調べた.数値シミュレーションにおいては,プログラム中のクラック開閉の判断に関する部分を改良し,計算時間の向上を得た.そして,数値シミュレーションにより,クラック位置やクラックの深さの影響を詳細に調べ,それらがクラックに起因する非線形共振の発生周波数や振動振幅に変化を与えることを示した.実験装置は,3円板を取り付けた弾性軸の両端を玉軸受で支持した回転軸装置を用い,クラックは微少なスリットを初期的に入れた回転軸に実際に疲労試験を行い作成した.加振装置として磁気アクチュエータを選択し,危険速度から離れた回転速度で運転中の回転軸に,磁気アクチュエータから微小な周期的外力を加え,その周波数を変化させ,その周波数の変化に対する回転軸の振動振幅を計測した.有限要素モデルを用いたシミュレーションであらかじめ求めたクラックによる非線形共振の発生予想周波数で加振時に,実験においても共振現象が発生することを確認した.そして,その実験データのスペクトルも理論解析結果と一致することを確かめ,外力の周波数の印可によりクラックの有無が確かめられることを実験的にも明らかにした.さらに,数値シミュレーションでは,クラックに起因した非線形共振の発生周波数に着目し,第1次モードと第2次モードの非線形共振の周波数から,クラックの位置と深さを推定する方法を検討・開発した.そして,その有効性を,数値シミュレーションにより確認した.