耐風安全設計のための複数構造物に発現するウェークギャロッピングの振動制御

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本研究は，流体・構造体関連振動現象に関するもので，構造物の風害に対する防災対策のための研究である．対象とする構造物は，矩形柱状物体が複数で存在する場合とする．複数の物体が存在する流れ場では，単独物体の場合には発生し得ない流力振動が発現する場合がある．本研究は複数物体に発現する流力振動の代表的な現象の１つであるウェークギャロッピング現象（上流側物体の後流域で下流側物体に発現する流力振動）の制御を試みる．研究は模型モデル実験を行い，流力振動が発現する条件，発現を回避する条件並びに発現を抑制する条件を明らかにする．今年度はウェークギャロッピング現象の制御に先立ち，振動特性を解明し，発現機構を検討するために２つの実験を行った．振動応答特性の解明として自由振動実験を実施した．自由振動実験とはバネを用いて供試物体を弾性支持し，風洞装置において主流の速度を変化させて発現する流力振動の振動状態を測定する実験である．構造物モデルとしては，下流側に位置する振動物体は正方形柱とし，上流側に位置する矩形柱は流れと直角方向の大きさを変化させることができる矩形柱とした．実験条件は，上流側矩形柱の大きさと２物体の各種配置条件を系統的に変化させた．フローパターンの解明に当たっては強制振動実験を実施した．実験は，回流形水路を用いてモータおよびクランク機構により構成される強制振動装置により，風洞自由振動実験で明らかとなった振動発生時の流れ場を再現した．フローパターンの評価は，水素気泡法による流れの可視化観測実験を実施した．その結果，ウェークギャロッピングとして発現する振動性状が複数あること，上流側物体の大きさによってその発現領域が変化することが明らかとなった．また，各状態におけるフローパターンを明らかにした．