Oil film bearings are often used in large rotating machinery because they have large load capacity and damping coefficients. They, however, generate fluid forces and cause unstable vibrations such as oil whirl and oil whip at high rotational speed. Because the amplitudes of such self-excited vibrations are severe, it is important to predict the stability limit of rotational speed to avoid the unstable vibration problems in rotor systems supported by oil film bearings. This paper describes the vibration analyses of a flexible rotor system supported by oil film bearings and the simplified prediction method for the rotational speed limits of the self-excited vibration induced by the fluid force in oil film bearings. In the vibration analyses, the equations of motion for the rotor system are simplified and modeled as a two-degree-of-freedom system with parallel and flexural modes of vibration. The stability analyses are conducted by introducing the approximation equations instead of complex eigenvalue calculations. The rotational speed limits for the stability of the system obtained by the present method are compared with the calculation results in the references to discuss the validity of the present method. This paper also shows the importance of anisotropic properties of oil film bearings to increase the accuracy of stability prediction when the clearance of the oil film bearing is large.

Dynamic stiffness and damping of epoxy adhesives are critical for ensuring the safety, reliability, and comfort of structures subjected to vibrations and impact loads. This study conducts split Hopkinson pressure bar (SHPB) tests to investigate the synergistic effects of silica micro-nanoparticles on these critical properties. Micro-nanoparticle content and composition ratio purity are varied at 2, 5, and 10% by weight (wt%) and from 0% (pure microparticles) to 100% (pure nanoparticles), respectively. Positive simultaneous stiffening and energy absorption effects are observed at a silica content of 5 wt% owing to improved nanoparticle dispersion this increases the interface area and induces cooperative matrix–filler interactions. At this silica content and a composition ratio of 50%, stiffness and damping are 45 and 40% larger than those of neat epoxy, respectively. Silica micro-nanoparticles are less effective in improving particle dispersion at more than 5 wt%. Conventional mechanical dispersion is limited to applications below a certain silica content the results suggest a simple, low-cost dispersion technique as an alternative to the in-situ technique and provide options for designing epoxy stiffness and damping appropriate for specific applications.

三次元有限要素法（FEM）を用いて曲げモーメントを受ける同種材料中実円柱および中空円筒段付き重ね合わせ接着継手の応力分布を解析し，接着層の縦弾性係数，接着層厚さ，スカーフ角，段数が接着界面での最大主応力分布に及ぼす影響を調べた。同種材料中実円柱および中空円筒段付き重ね合わせ接着継手のどちらの場合も突合わせ部接着界面の外径端部で最大主応力が特異性を示し，荷重は重ね合わせ部より大方突合わせ部で負担されることが分かった。両継手の場合とも最大主応力の値は接着層の縦弾性係数が小さくなるほど，接着層の厚さが小さくなるほど，また段数とスカーフ角が大きくなるほど小さくなることが示され，角状段付き接着継手の特性との比較検討も行った。FEM 計算による継手強度推定値は実験結果とかなりよく一致し，本研究で扱った寸法では同種材料中実円柱継手の方が中空円筒継手よりも，やや強度が大きくなることが示された。

The interface stress distributions in scarf adhesive joints with similar adherends under static tensile loadings were analyzed using two-dimensional and three-dimensional finite element calculations for the two cases where adhesive length and width of the adherends were held constant. The effects of adhesive Young's modulus, the scarf angle and the adhesive thickness on the interface stress distributions were examined. In addition, the joint strength was predicted using the interface stress distributions based on the maximum principal stress theory and von Mises' stress criterion. It was found that when the scarf angle was around 60, the singular stress at the edges of the interfaces was minimal in the 3-dimensional FEM calculations while the singular stresses vanished at 52 in the 2-dimensional FEM calculations. The value of the normalized maximum principal stress at the edges of the interfaces obtained from the 3-D FEM was larger than that from the 2-D FEM. It was found that the maximum principal stress increased at the edge of the interfaces as the scarf angle decreased. In addition, the effect of the adherends where the width was held constant was demonstrated. Experiments to measure strain and joint strengths were carried out. The measured strains were in a fairly good agreement with those obtained from the 3-D FEM calculations. Also, the measured joint strengths were fairly consistent with the predicted results based on the maximum principal stress theory. As a result, the maximum joint strength was observed when the scarf angle was around 60. The difference in the interface stress distributions was demonstrated between the two cases. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A cylindrical ultrasonic reactor radiated by a BLT (bolted Langevin transducer) with a large horn operated at 27.3 kHz was employed to investigate the behaviors of bubbles in the present research. The characteristics of this reactor were analyzed using experimental methods. It was found that traveling transient bubbles can eliminate the effect of standing wave on cleaning efficiency. Fresh tap water and degassed water were employed as test liquids. In tap water, a conical cavitation structure was observed as the input voltage of transducer was increased over 100 V. The detail of the conical cavitation structure was anatomized and its shape varied with the change of input voltage. In degassed water, ultrasonic fireworks were observed and special attention was paid to their subsequences, snowflake bubble clouds and water jet. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

This paper describes a vibration analysis based on the chaos theory to diagnose ball bearings. First, experiments are carried out to obtain the time series of ball bearing vibration. Then, analyses of the vibration based on the chaos theory are carried out to detect the fault of the bearing. In the experiments, we test normal bearings and bearings with faults in various sizes on the outer race, the inner race, or the ball. In the analyses, the followings are used: (1) the attractor, (2) the recurrence plot, (3) Lyapunov exponent, and (4) the nonlinear prediction. As a result of this study, the chaotic behavior shows the difference between with and without faults. Therefore, we confirmed that the chaos theory was useful for the diagnosis of the ball bearing.

This paper describes the fault detection of ball bearings based on sound information by using the pattern recognition technique. In the experiment, normal bearings and bearings with three kinds of faults were used: a fault on the inner race, the outer race, or the ball. First, the sound generated by each bearing was monitored with a microphone and the sound spectrum was obtained with an FFT analyzer. Second, the reference pattern for each fault was calculated by using the sound spectrum. Third, the diagnosing patterns were compared with the reference patterns to detect the faults of the bearings and to determine the kinds of faults. As a result of this study, by using the pattern recognition technique, we can diagnose the faults of ball bearings with more accuracy than by the standard sound spectral analysis.

This paper describes a vibration analysis based on chaos theory to diagnose ball bearings. First, experiments are carried out to obtain the time series of ball bearing vibration. Then, analyses of the vibration based on the chaos theory are carried out to detect the fault of the bearing. In the experiments, we test normal bearings and bearings with faults in various sizes on the inner race, the outer race, or the ball. In the analyses, the following chaotic behavior and parameters are used for the diagnosis: (1) the attractor, (2) the correlation dimension, and (3) Lyapunov exponent. To describe the useful attractors for the diagnosis, we investigate the appropriate reconstruction time delay. We also investigate the correlation dimension of the bearing vibration with and without faults. Furthermore, Lyapunov exponent is calculated to diagnose and monitor bearing operating conditions. As a result of this study, we confirmed that the chaos theory was useful to diagnose the ball bearing vibration.

本研究ではカオス時系列解析を用いた転がり軸受の異常診断法について調査した．まず転がり軸受の転動疲労試験を実施し，軸受が正常な状態から，傷が生じ寿命に達するまでの振動および音を測定した．次に得られた時系列データに対し，カオス時系列解析を用いて軸受の異常診断を試みた．その際には最大リアプノフ指数および軌道平行測度を計算し，その変化により診断を実施した．また従来からの診断法である，歪度，尖度，波高率の計算，および周波数分析を行い，本研究での診断結果と比較検討した．その結果としてカオス時系列解析の異常診断への有効性を確認した．

機械化・工業化は我々の生活を豊かにしたが,同時に騒音という社会問題をもたらし,早急な騒音対策が要求されている. そのため本研究では,機械音響の低減の指標となる人間の聴覚を考慮した音響制御用音質評価システムの構成を目的としている.機械音響の評価手段として,Zwickerのラウドネスを用いる.機械音響をラウドネスを用いて評価した後,その結果を考慮した機械音響の低減加工を行い,その加工された音響を用いて聴き取り調査を行い、さらにその結果をA特性,バンドレベルを騒音評価手段とした騒音低減結果と比較,検討した. ラウドネスによる騒音評価は,サンプル音(未加工音)をFFT処理して得たパワースペクトルから,各周波数帯に対する計26個のバンドレベル(1/3オクターブバンド)を求めた.A特性による騒音評価は,サンプル音(未加工音)をFFT処理した後,各周波数成分について,計26個のバンドレベルを求めた.バンドレベルによる騒音評価は,サンプル音のFFT処理後のスペクトルについて計26個のバンドレベルを求めた. 上記の加工により重み付けされた騒音に対し,各手法に対し機械音響低減を行った.次に低減加工した音響(加工音)に対し,一対比較法(浦の変法)を用いて聴き取り調査を行った.その結果、以下のことが分った. 1/3オクターブバンドレベル分布パターンにより,A特性による加工音は低周波帯,ラウドネスによるものは高周波帯にそれぞれバンドレベルピークを持つ騒音に対して高い騒音低減効果が得られる,しかし,中周波数帯にバンドレベルピークを持つ騒音に対しては各低減方法間の差がないため,最も簡単なバンドレベルを用いた低減が効率的と言える.

工作機械や自動車をはじめ種々の機械や構造物を設計する際,それらから生じる振動を想定し,制振材や制振装置などの制御方法を用いることが重要である.近年,高保持力・高残留磁束密度を有する永久磁石が実用化されるに伴い,磁石ばね,磁性流体を用いたダンパなどの磁気制御系の研究が盛んに行われている.磁気浮上制振技術などは物体を非接触で支持することが可能となるため,摩擦,摩耗の問題も少なく,高速運動することが可能であり,振動・騒音も少ないという利点を持つ.また,永久磁石は外部の空間に磁束を安定して供給する事が可能であり,しかも磁界を発生するための電気エネルギーを必要としないという利点を有している.したがって,永久磁石を組み合わせてばねとして利用すると,メンテナスフリーで半永久的なばね構造を作り出すことができる.しかし,一般的に永久磁石の吸引力と反発力を利用した磁石ばね機構は大きな共振ピークをもつため,受動制御による振動絶縁は困難である. そこで,本研究では,永久磁石をエネルギー源とした非線形複合ばねモデルを利用した受動制御による制振を行うことにより、6自由度の振動絶縁装置を作り出すことを目的とする. 1.近似的零ばね特性を有する非線形複合ばねの創出 外径40mm内径18mm高さ10mmの磁界を対抗させるよう一対の中空永久磁石を張り合わせた周期磁界形磁気回路の中心線上を,外径16mm内径10mm高さ20mmの内側磁石を上下運動させる.それによりできた磁石ばねの負のばね定数と絶対値の等しい金属ばねの正のばね定数とを組み合わせるとにより,ばね定数力が近似的に零の部分を作ることができた. 2.振動特性 製作した非線形複合ばねモデル4本によるおもり(192.5kg)の4点支持を行い,振動特性を測定した結果、良好な振動伝達率を得ることができた.

本研究では,複数個の音源が存在する音場内での,音源個数,音源表面の振動速度(音源音圧と同等),および音源位置の同時同定を行った.同定では,音場内に観測点として複数個のマイクロホンによりアレイを構成し,各観測点での音圧情報を基に,境界要素法による数値シミュレーションを用いて未知パラメータの計算を行った.その際には逆問題を解く方法として一般的に使用されているように,評価関数を設定し,最適化問題として逐次パラメータ更新を行うことで同定を進めた.評価関数には,観測点での測定音圧と,数値シミュレーションで仮想音源が作り出す観測点位置での音圧の差を用いた.したがって,実音源が作る観測点での音圧と,仮想音源が作る観測点での音圧の差が最小となるように,仮想音源の個数,振動速度,および位置を収束が得られるまで変化させることになる. 研究では,実音源が1〜5個の場合について,それらの個数と,ひとつひとつの音源の位置と振動速度の同時同定を行った.計算時には,音源個数が増え,同定パラメータが増加すると同定精度が著しく悪化することが観測された.そのために,観測点として用いる複数個のマイクロホンのうち,同定に適しているマイクロホンを自動的に選択しながら同定を進める.「観測点選択手法」を新たに提案し,同定精度を大きく向上した. また,予め位置がわかっている音源に対して,音源の振動周波数を変化させた場合に,各音源ごとに,かつ各周波数ごとに,音源の振動速度を求めることも成功した.これは,今後本研究成果の応用として位置づけている,リモート音響計測による機械の異常診断法の基礎として重要な成果が得られたと考えている.

衝撃・振動・音響特性評価による衝突機構の解明について研究を行い,以下の成果を得た. 1.衝撃特性評価の視座からの実験と解析 衝突による打撃体・被打撃体の衝撃変形および衝撃抵抗特性を調べるため,高速度カメラによる測定を行った.打撃体の衝突方向と垂直な方向からの測定により,垂直衝突時における打撃体等の変形を明らかにすると共に,斜め衝突時の衝突・反発特性を調べた.さらに,画像処理を用いたスウィートエリアの可視化システムを開発した.ラケット面の中央よりグリップ部に近い領域に,高反発特性を示すスウィートエリアの存在することが分かった. 2.振動特性評価の視座からの実験と解析 衝撃的外乱を受ける系の過渡振動をウェーブレット変換を用いて解析し,応答スペクトルの時間的変化が周波数帯により異なることを明らかにした.また,振動時における振動エネルギーと,次項とも関連する音響エネルギー流れを調べた結果,系の減衰がある程度大きくなると両エネルギー流れの一致することが分かり,音響エネルギー流れの測定により振動エネルギー流れの推定ができること,さらに本方法が振動エネルギーの測定の困難性を解決する方法に繋がることが分かった. 3.音響特性の視座からの実験と解析 過渡的な音響特性を調べるため,時間的変化が緩やかな音響を例にとり,3種の音についてそのスペクトルの時間的変化を求めた.また,SD法,一対比較法によるアンケート調査を基にこれらの音の音質についても解析を行い,「純音度レベル」を用いることによりその特徴が識別できることが明らかとなった.衝撃音の解析には,さらに時間的に急激な音響特性変化を予想した評価法が重要と思われ,今後その領域に限定した研究を進める価値がある. 以上の3つの異なる視座からの研究により,衝突における系の力学的,エネルギー的特性を求め,詳細な考察の下,衝突機構の解明を行った.

一般に機械による騒音問題は,騒音レベルの増減としてとらえられがちであるが,それだけにとどまらず,日常の生活において情報伝達を行う際の音響品質の低下や,個人の生活感情にそぐわない音の強制といったコミュニケーションを阻害する様々な状況を引き起こしている.また,音環境を考える上で重要な要素である人の耳の能力は,機械に置き換えることが困難な程優れていると言われているが,人の環境に対する関心の持ち方に大きく左右される. そこで本研究は,環境に応じて必要な音や,望ましい音の特徴を調べることを目的とする.具体的には,環境に対する音の相応性,空調機の室外機の音質分析,および対象音源の音質評価の3つの観点から研究を行った.まず,様々な環境に対する音の相応性をアンケートを通して調査し,どのような音が不快にあるいは心地よく聞こえるかを示し.つぎに,その結果を踏まえて,空調機の室外機騒音を例に取り,人の聴覚特性である臨界帯域幅を考慮した周波数分析を行い,因子分析法による音質評価と比較した.その結果,定常音の調和を調べる上で,臨界帯域幅を考慮した純音度レベルによる評価の有用性を示した. 今後さらにこの研究を発展させ,機械騒音の音質改善を行う際の指標となる評価方法を確立することを試みる.

音響エネルギーに関してテーマを以下の3つに絞り、総合的研究を行った。 1.高品位音響エネルギーの発生に関する研究 音響エネルギーの利用を考える上で必要となる音響エネルギーの高品位なものについて、企画調査を行った。 2.音響エネルギーの計測・制御に関する研究 音響エネルギー利用に必要となるエネルギーの計測・制御について計測デバイスなどの企画調査を行った。 3.音響エネルギーの利用に関する研究 以上の研究結果を下にその利用についての企画調査を、音響浮上、搬送、伝熱促進などについて行った。 本研究グループに参加している研究者の専門は、機械系、物理系、電気系と多岐にわたり、また大学関係、企業関係から成っている。そのため研究推進のための打ち合わせ会議を2回開催し、長時間に及ぶ討論を重ねて、各テーマについての具体的取り組み方と検討項目を明らかにした。これらの貴重な結果を将来の研究に結びつけるために重点領域研究の研究領域に発展させることを決議し、資料を整えて申請を行った。

近年の科学技術の急速な進歩に伴ない,工学分野における問題も複雑な様相を呈し,音環境下における機械や機器システムの連成応答問題,すなわち,音励振を受ける機械構造物や機器の性能維持および破損に関する安全性の問題が重要となってきている.そこで本研究では,このような音環境と機械構造システムとの連成問題を実験と理論の面から解析し,機械エネルギと音響エネルギ間の変換メカニズムを解明する.さらに,音場の制御として音響アクティブコントロールを行い,実験によりその有効性を検証する.以上の目的の下に行った研究結果を次に示す. 1.定常および非定常音場内における音圧分布の解析 ダクト内の音圧分布やスピーカによる音励振を受ける円板周囲の音圧分布を解析すると共に,実験結果との比較を行った.その結果,定常音場については良い一致を得,さらに三次元音響インテンシティを用いる音場の可視化を試みた.非定常音場については,今後さらに研究を進める. 2.音響境下における機械構造システムの動的応答 音環境下における機械システムの具体的対象物としてコンパクトディスク(CD)プレーヤをとり挙げ,レーザドップラ振動計を用いて,その動的変位応容とスペクトルの解析を行った.円板の回転速度や支持条件が固有振動数に与える影響について調べ,さらに音環境によるCDプレーヤの音飛び現象を実験で確かめ,ディスクの振動振幅とピックアップのフォーカス方向のサーボ特性により音飛びの発生することを明らかにした. 3.機械・音響エネルギ間のエネルギ変換メカニズム 機械構造として一般的な平板について,振動・音響インテンシティ流れを求め,各エネルギの変換メカニズムについて考察し,それぞれのエネルギ分布の対応が可能となる条件を明らかにした. 4.機械構造システムの音響アクティブコントロールに関しては,ダクトについて基礎的研究を行いその有効性を確認した.

近年の科学技術の急速な進歩に伴い、音響環境下における機械や機器システムの問題,すなわち,音響励振を受ける機械構造物や機器の破損に関する安全性や性能維持の問題が重要となってきている.宇宙工学におけるロケット打上げ時や飛翔時の高音響が,人工衛星や搭載機器に及ぼす場合や,これに比べると音響の程度は低いが,VTRなどの音響機器において、駆動モ-タやベアリングから発生する音や振動の複雑な作用により生じる,VTRの性能低下が厳しく問われる場合などは,これら音響環境が機械システムに影響を及ぼす典型的な例である.本研究では,このような音響と機械システムとの連成問題を系統的に解析するため,まず音源より発生する複雑な音場を実験と理論面から解析し、機械システムに作用する音圧や音響インテンシティの音場内分布を明らかにする.次に,そのような音圧による機械システムの応答を理論解析し,実験結果と比較すると共に,音響のアクティブコントロ-ルについての基本的な知見を得る.本研究で得られた主な結果を以下に示す. (1)振動する矩形板により生じる音場や箱型空間内における音場の音圧,および三次元音響インテンシティを測定し,音圧分布および音響エネルギ-流れを明らかにした.また音場設計を効果的に行うため,複数音源によって形成される定常および過渡音場の可視化を行った. (2)音源としてスピ-カを用いた場合の,音響加振によるCDプレ-ヤの応答を解析し,音響励振がプレ-ヤまたは再生音に与える影響を,エラ-信号を用いて調べた.その結果,1kHzまでに3個あるディスクの共振点近傍の音響励振が,再生音の音質にそれぞれ特徴的な影響を及ぼすことを明らかにした. (3)箱型音場内における音場を能動的に制御するため,複素音響インテンシティから得られる音圧と粒子速度の位相差を用いる方法を提案し,その有効性を確かめた.

近年の機械系においては,高性能,高パワ-,大容量化と共にコンピュ-タ制御化が促進され,無人運転が増大しているが,そのため一度事故が発生すると被害は大規模となり,この事態を未然に防ぐためには,機械系を常時叉は定期的に測定,監視して異常状態を診断し,安全性を高めることが要求されている.また最近は,異常察知・修復能力を有する熟練者もますます希少化してきているため,熟練者が持つ,異常に対する高度な能力を工学的に引き出して整理し,基本的な訓練を受けた人であれば,熟練者以外でも対応できるような異常予知・診断システムを開発する必要がある.そこで本研究では,このような機械系の運転状態の異常を予知,診断および修復するために,これまでのような振動デ-タのみに頼ることから脱却し,新しく音響的測定デ-タ,特に音響スペクトルの時間的変化や三次元音響インテンシティに着目し,機械系の音響予知・診断システムを開発する.得られた主な結果を以下に示す. (1)定常運転時に発生する異常音の特徴を多量のデ-タについて抽出する必要があるため,必要な特徴を残した状態で,原波形のデ-タ数をコンピュ-タ処理に適した数に抑えたデ-タベ-スの構築を行った. (2)デ-タバンクに集積した種々の音響デ-タについて,音響インテンシティや音圧,スペクトルの時間的変化などの解析を行い,異常を特徴づける音響パラメ-タの選定を行った. (3)定常運転時における三次元音響インテンシティを測定し,音響エネルギ流れを明らかにすると共に,音場設計に有効な,音場の可視化を定常音および過渡音について行った. (4)音響の異常予知や原因の同定のみでなく,修復技術も必要であるため,さらに音場のアクティブコントロ-ルの研究を進め,以上の研究成果を基に,音響異常予知・診断システムのプロトタイプを作成した.