振動シミュレーションのポイント – 3 – 取り付け点剛性(動剛性)

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Figure 1.1. 例題構造 / 風車

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振動設計で解析シミュレーションを活用するにはシミュレーション精度が重要となりますが、その精度は主として以下3つの要素が実機特性を再現することで向上していきます。

1) コンポーネントの振動特性

2) 重量物の慣性特性

3) 取り付け点剛性(動剛性)

上記3つの要素について、Figure 1.1のような風車構造を例に各々具体例を挙げてご説明します。本記事では「3) 取り付け点剛性(動剛性)」についてご紹介します。

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3) 取り付け点剛性(動剛性)

ここまでご紹介いたしました括弧1および括弧2のようにして実機単体の動特性が再現された風車全系モデルを実際の運用形式である設置面にアンカーボルトで固定すべく拘束条件を定義します。すると風車単体では良好に実機特性を再現できていたにもかかわらず実機の伝達関数を再現しない場合があります。これは、ベースプレートの取り付け点剛性が定義されていないことが原因です。ベースプレートはアンカーボルトで固定されていない状態では自由に振動できるため、その振動モードは比較的プレート全体の曲げやねじりとなりますが、アンカーボルトで固定されると、ボルト近傍の局所的な変形を伴う振動モードとなり、ベースプレートのボルト穴近傍の局所的な剛性「取り付け点剛性」の寄与が大きくなります。このため、ベースプレートを固定した状態では全系の振動モードが再現されず伝達関数にもFigure 3.1のような差異が生じます。取り付け点剛性はイナータンスのバネラインから求めることができるため動剛性と呼ばれます。動剛性は詳細な有限要素モデルで算出できる他、実機の加振実験からもある程度算出することができます。

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Figure 3.1. シミュレーション結果 / 風車全系の伝達関数(周波数応答) /
ベースプレート取り付け点剛性:定義無し(赤色実戦)vs. 定義有り(緑色破線)

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