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)

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

回転切削器具の振動モニタリングによる口腔外科手術支援

 口腔外科手術の中で,顎変形症治療のため,顎骨を切削する手術が行われている.顎骨の内部は主に二層構造となっており,骨の表層部は比較的組織が密であり硬質な皮質骨と,内部は比較的組織が疎であり軟質な骨髄によって構成されている.骨髄部に血管や神経が存在するため,皮質骨(硬質層)を抜けて骨髄(軟質層)に切削工具が到達すると,出血や神経損傷による麻痺などの後遺症を発生する恐れがある.そのため,手術の際には血管や神経の損傷を防ぎ,皮質骨のみを除去する手術が求められることがある.現在,回転切削式ハンドピースを用いた骨の切削手術では,軟質層に到達する直前で医師が手元で感じる感覚の変化を捉えて切削終了の判断が行われている.切削工具の軟質層到達の判断は,経験と高度な職人的技術が要求される.手術による後遺症を防ぎ,より安全な手術を行うこと,手術時の客観的な指標を示し誰にでも簡単に手術を行えるシステムの構築が求められている.本研究は,回転切削式ハンドピースを用いた骨切削手術時に,骨の硬質層から軟質層に到達する際,医師が手元で感じる感覚の変化を定量的に評価する方法の確立を目指している。

骨切削
ハンドピースを用いた骨切削

主な論文

原 弘樹 教授の研究者情報

                    

中野 寛 准教授の研究者情報


令和3年度の修士論文

  • 二次元スロッシングの波高を用いた溢水量予測式に対する励振振動数の影響
  • 二次元粒子画像流速測定法を用いた多液面を有する矩形容器内液体の揺動局所化に関する研究
  • 時間遅れ変動を考慮した被削材強制加振によるエンドミル加工時の再生びびり振動抑制に関する研究
  • エンドミル加工時の再生びびり振動に対する動吸振器設計法に関する研究
  • 位置のばらつきを考慮した多自由度衝突系の振動特性
  • 二液面を有する直方体容器内液体の揺動の局所化に関する研究
  • 口腔外科手術における回転切削器具の振動情報に基づく術者へ伝わる感覚に関する研究
  • 時間遅れ系の自励振動に対する動吸振器の動作原理の解明
  • トナー定着装置で発生する摩擦振動の発生メカニズムに関する研究

令和3年度の特定課題研究

  • 二次元スロッシング時に生じる溢水に与える初期液深の影響(波高を用いた溢水量推定法の適用)
  • 感度解析を用いたミスチューン翼系の振動応答の最適化に関する研究(影響係数の近似法)
  • 二液面を有する直方体容器内で生じる揺動の局所化に関する研究(二液面をつなぐ開口部の大きさの影響)
  • 動吸振器を用いた薄肉円筒工作物の旋削加工時に発生するびびり振動の抑制(抑制効果を向上させる動吸振器の周方向配置の検討)
  • ディスクブレーキの面外鳴きに対するパッド・ディスク間の半径方向接触領域の影響

東京工業大学 工学院(機械系)

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