「自動車」カテゴリーアーカイブ

Femap with NX Nastranによる振動解析トレーニング – セルフラーニング(在宅ワーク)

実際にNastranを使用した演習を通して振動解析の基礎と実務への応用法を学んでいただく講座(在宅トレーニング、セルフラーニング)です。具体的には例題構造について、周波数応答解析により振動レベルを把握し、その振動がなぜ大きいのか、そのメカニズムをノーマルモード解析(共振周波数・固有振動数、固有モード)によって解析します。本プログラムの最大の特徴は「実務で即役立つ」スキルの習得です。振動解析の考え方を学ぶだけでなく、受講者様自身で実際にソフトウェアを動かしながら解析に必要な各種技能、たとえば解析ジョブの実行や解析結果の表示方法などを知っていただけるよう構成されています。

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テキストのまえがきより

「振動解析に関する本を読んでも、いまひとつよくわからない」そうした悩みを持 っている方は決して少なくないのでは 、と思います。いまこ うしてテキストを書いている筆者自身もかつてはそうでした。しかし振動解析をある程度経験すると、その理由が徐々にわかってきました。今振り返ってみると、振動につきものの「周波数」というものを日常生活の中でほとんど考えたことがなかったのが原因だったように思います。「大きな力は大きな変形」、「小さな力は小さな変形」というのは誰もが持っている感覚ですが、「周波数」についてはこのような感覚的な物理量として認識できていなかったように思うのです。ですから、振動解析をはじめ る上でのはじめの一歩としては、まずは振動解析に慣れることだと思います。つまり、「習うより、慣れる」と同じで、体験によって感覚=エンジニアリングセンスを養うのです。本講座はその目的を果たせるよう、シミ ュレーションツールを使って振動解析を体験的に学んでいただけるよう構成しました。とにかくまずはやってみること! これが一番の近道だと思います。

Figure 1.1. 本プログラムで扱う例題モデルの振動シミュレーション結果 / ノーマルモード解析(固有モード解析)
Figure 1.2. 本プログラムで扱う例題モデルの振動シミュレーション結果 / 周波数応答解析 ※例題モデルは随時更新しています。最新の例題モデルではピーク特性が画像とは異なっています。

モーダル実験のご紹介 – エキゾーストシステム(排気系)の例

エキゾーストシステムは車体振動や車室内こもり音に影響するコンポーネントのひとつですが、エキゾーストシステムの共振周波数はアイドル起振力周波数に近接することが多く、ステアリングシステムと共に振動設計が難しいコンポーネントとなっています。エキゾーストシステムはマウントインシュレータ(防振ゴム)を介して車体に装着されるものの、インシュレータの動バネレートやロスファクタのチューニングによる振動レベルの低減は限定的であるため、基本的に重量物であるサイレンサ(Figure 1.1)などのレイアウトやその前後のチューブ径の検討などによって極力大きな振動が生じないよう設計されます。

Figure 1.1. エキゾーストシステム(排気系) の例

もっとも効果的な振動設計手法としては、Figure 1.2のようにエキゾースト本体の固有モードにおけるノーダルポイントで車体にマウントされるよう設計することです。このようにノーダルマウントされることにより車体マウント点の振動振幅が最小化されます。エキゾーストシステムの場合はハンマリングによる加振を行って数点~十数点の加速度応答を計測することで、Figure 1.2のようなノーダルポイントを把握することができます。

Figure 1.2. エキゾーストシステム(排気系) の固有モードの例

フュエルポンプの低騒音化 – 騒音計測

前回の記事でご紹介いたしました新しいブラケットに装着されたフュエルポンプを作動させ、車室内の騒音を計測いたしました。その結果、インシュレータ装着によっておよそマイナス6dB(1/2倍)の騒音低下となることがわかりました。(Figure 6.1) 体感的にも明らかに車室内ノイズㇾベルの改善を実感できましたので、長い道のりでしたが、装着した甲斐がありました。

Figure 6.1. 騒音計測結果
左:インシュレータ無し / 右:インシュレータ有り
※E.N.Software社製FFT Waveにより表示

今回はフュエルポンプにインシュレータを装着した場合の騒音低減効果を評価することが目的ではあったのですが、その過程でブラケット共振の低さを把握することができました。長期間の稼働によって機器が故障する場合、その原因がそれ自身の共振であるのか、もしくは他の振動や熱にさらされていたからなのかを簡単に切り分けられないケースは決して少なくないように見受けられます。そういった観点から、今回の一連の作業の中で共振面での対策を施せたことの意義は大きかったように思います。

これで当初の目的は達成できましたので、フュエルポンプ関連の記事はこれにて完結となります。ご購読いただきました皆様には心より感謝申し上げます。

フュエルポンプの低騒音化 – モーダル実験(シミュレーション結果の実験確認)

前回の記事でご紹介いたしました共振周波数が35.4ヘルツと予測された最終的なブラケット構造について実験確認を行いました。

Figure 5.1はフュエルポンプにインシュレータをセットし、新しいブラケットに装着したサブアッセンブリ構造です。このコンポーネントを車両に搭載し、サポートブラケットを追加してモーダル実験を行いました。

Figure 5.1. サブアッセンブリ構造 = フュエルポンプ + インシュレータ + ブラケット

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応答点(計測点)はFigure 5.2のようにモード形態が表現できるよう計9点としました。

Figure 5.2. フュエルポンプ系 / 応答点(計測点)

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計測された9点の伝達関数から固有モードを抽出した結果、Figure 5.3のようにブラケットの共振周波数は36.9ヘルツとなり、シミュレーションの35.4ヘルツに対し約4パーセント高めではありますが、概ね予測通りの結果となることがわかりました。

Figure 5.3. フューエルポンプ系 / 実験結果 / 固有モード / 36.9 [Hz] / 上下曲げ1節

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これで振動面の課題は解決できましたので、ようやくフュエルポンプを作動させることができる状態になりました。次回はフュエルポンプのインシュレータ装着による低騒音化の効果についてリポートさせていただく予定ですので、もしよろしければ改めてご訪問いただけましたら幸いです。