片持ちはりの衝突振動に関する基礎的検討

A Study on collision vibration characteristics of a cantilever beam

大岡 誠; 堀切 守人; 森下 正樹 

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はり状の構造物が振動する際に、何らかの理由によって他の構造物と衝突する場合を考え、振動による破損防止の観点から、はりの振動特性が衝突によってどのような影響を受けるかについて実験及び解析によって検討した。一連の振動試験の結果、以下が明らかになった。1)衝突により、はりの振動特性は卓越振動数の加振レベル依存性や跳躍現象などの典型的な非線型挙動を示す。2)共振応答(卓越振動数による定常加振に対する応答)は単純な片持ちはりの場合や衝突部をピン支持条件とした場合が大きく、衝突によって応答は低下する。3)衝突によって振動モードが変化するので、軸方向のひずみ分布も変る。ただし、衝突によって応答が低下するので、同一入力に対する発生ひずみは片持ちはりで衝突のない場合が最大になる。はり要素とギャップ要素を用いた非線型応答解析によって、振動試験結果を精度よく再現することが可能である。

When a vibrating cantilever beam collides with another structure, its dynamic characteristics may be affected and changed by the collision. In order to study the effect of collision on the vibration of the beam, mainly from a view point of failure prevention, vibration experiments and dynamic analyses were made. From the vibration experiment, it was found that; (1)Due to the collision, the vibration characteristics show typical non-linear behavior such as excitaion level dependency and jump phenomena. (2)Larger resonant response were seen with a simple cantilever beam without collision and pinned supported beam than with the cases with collision. (3)Vibration mode is affected by the collision and hence the axial distribution of bending strain is also affected. However, the maximum strain along the beam axis of the simple cantilever case is larger than other cases. Non-linear dynamic response analysis with beam and gap elements is capable of reproducing the experiment results with sufficient accuracy.