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振動実験 – 2 インパルスハンマ

ハンマリング試験で用いるインパルスハンマについてご紹介いたします。

ハンマリング試験でもっとも大切なことは伝達関数(周波数応答波形:Figure 2.1)を精度よく計測することです。

Figure 2.1. 伝達関数

具体的には、供試体の振動を十分励起できる力で加振して、共振点(共振周波数 = 固有振動数において波形がピーク状となる頂点)のゲインがもっとも明瞭に現れる状態でデータの取り込みを行います。このため、供試体の大きさや質量に応じてインパルスハンマ(Figure 2.2)を変えて最適な力で加振し、取り込みレンジを調整します。インパルスハンマは本計測の前に試し打ちを行って選定しますが、取り込みレンジは計測点ごとに都度調整します。これは計測点によって応答レベルが異なるからです。(振動振幅が異なるため)

Figure 2.2. インパルスハンマの種類

供試体全体の振動を励起するには大きなインパルスハンマを用いて大きな力で加振すればよいのですが、小さな供試体を大きなハンマで加振すると供試体自体が剛体変位(バウンドなど)しやすくなり逆に振動の励起が不十分となってしまいます。したがって、供試体が小さくなるほどインパルスハンマも小さなサイズを用いることになるのですが、インパルスハンマが小さくなるほど供試体にヒットした際、2度打ちしやすくなって伝達関数の精度が低下するため注意を要します。これをダブルハンマリングといいますが、ダブルハンマリングとなった場合は一旦データを削除して計測し直します。

振動実験 – 1 共振周波数の計測(ハンマリング)

もし製作された試作機から意図しない振動がでてしまったら?

まずは「共振周波数を疑ってみる」のが解決への近道です。この共振周波数と加振源となるエンジンなどの起振力周波数(回転数)が一致したときに振動が増大します。共振周波数を把握して加振源の周波数(回転数)から離すように構造変更することで多くの振動問題は解決します。

共振周波数(固有振動数)はハンマリング試験によって計測します。ハンマリング試験とはインパルスハンマで構造物を加振して励起された振動を加速度ピックアップで計測する試験ですが、決して大きな力は加えず、ほんのわずかな力で加振します。

そして計測された時刻歴波形(加速度/力)をFFT分析することで周波数応答波形(下のグラフ)が求まります。周波数応答波形のピーク周波数(ゲインが増大する箇所)から共振周波数を把握します。

動剛性向上による低振動化

上図のようなコンテナの壁面振動を低減するためには、壁面にリブ形状の補強を追加するのが有効ですが、コンテナ自身の質量増加を招く上、リブの高さの分、格納できる荷物が減ってしまいます。

そこで、質量増加を最小限に抑えつつ極力内部容積に影響しない低振動化が求められます。このような場合、コンテナが固定される数か所の部位の動剛性を向上させることで壁面振動のゲインを低下させる手法が有効となります。

動剛性というのは、振動モードが関与して決まる剛性で、静剛性のように補強を追加すれば動剛性も向上しますが、それにとどまらず、固有モード形態を変えてやることでも動剛性を向上させることができるため、質量増を最小限に抑えた低振動化に貢献します。

自動車のこもり音解析(連成解析)

自動車の車室内に存在する空気は車体の共振周波数近傍で圧力変動が増大し、乗り心地を低下させるこもり音(Booming Noise)の原因となります。また、車室内の容積や形状で決まる空洞共鳴周波数が車体の共振種周波数に近接している場合にも圧力変動が大きくなります。


セミモノコック車、フレーム車ともにルーフやフロアといった主要発音パネルの振動低減によりこもり音(圧力変動)を改善させることができますが、多くの場合、質量増大を招いてしまいます。


そこで、セミモノコック車はサブフレームを含めた振動系、フレーム車はフレームを含めた振動系で各々構造と音響(音場)の連成解析(シミュレーション)を行います。これによりトリムアップされただけの車体やキャブのみで行う場合に比べ、質量増大を抑えたより効率的な構造検討が可能となります。

エアロメカでは、自動車のアイドルこもり音やドラミング音をはじめ、各種車室内騒音に関する解析シミュレーション、ならびに構造変更検討による騒音低減構造の算出を承っております。

画像の図はデモンストレーション用モデルによる車室内空洞共鳴のシミュレーション結果です。