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大規模振動・音響シミュレーション技術

振動

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大和 禎

大和 禎

総合研究所

2007年入社
創造エネルギー専攻 修了

技術紹介

製品開発において振動・音響技術をどのように役立てていますか?

発生する事象を事前に予測して、低振動・低騒音な設計を行っています。

MHPSで製造しているガスタービンや蒸気タービンのような発電設備で使用される回転機械から振動や騒音が発生すると、運転の制約となったり、周囲の人達に不快感を与えることになります。回転機械を運転すると、回転によりタービンや燃焼器が加振されます。また、エンジンの内部を流れる流体によっても加振されます。これらの加振周波数と、構造物の固有振動数が一致すると共振が発生し、振動や騒音が大きくなります。さらに、実際の製品のように複雑な構造物では、共振以外にも複雑な振動現象が発生します。
そのため、製品開発に際しては、コンピュータを用いたシミュレーションを行うことで、発生する事象を事前に予測して、低振動・低騒音な設計を行っています。

大規模シミュレーションを行う上で何が重要ですか?

物理現象に対するイメージを持って計算を行うことです。

大規模シミュレーションを行う上で重要となるのは、物理現象に対するイメージを持って計算を行うことです。振動・音響のシミュレーションでは、有限要素法(Finite Element Method)、境界要素法(Boundary Element Method)や統計的エネルギー解析法(Statistical Energy Analysis)、音線法など様々な手法を駆使します。自分で解きたい事象に対して、適切な手法を選択する上でも、イメージを持つことは重要となります。
また、最先端のコンピュータやソフトウェアを用いると、従来は扱えなかったような規模の計算を行うことが可能です。実験計測では実現できないような緻密なメッシュを使って計算することにより、新たな知見が得られる場合もあります。最初に立てた仮説に捉われず、計算結果から謙虚に学ぶ姿勢も重要です。

図:大規模シミュレーション

実際の製品への適用事例を教えてください。

静かに運転する機械を設計するため、最先端のハードや解析手法を用いた予測手法の開発を行っています 。

機械の設計において、大規模シミュレーションは欠かせないツールであり、全ての製品の設計に使用しています。上図に示すのは、大型蒸気タービンを、基礎となるコンクリート架台、タービン車室、タービン、軸等を一体でモデル化して振動特性を計算した例です。
他にも、船舶や風車、ガスタービン、ロケット、航空機などでも同様の規模での計算事例が多数あります。厳しい環境下で、静かに運転する機械を設計するため、最先端のハードや解析手法を用いた予測手法の開発を行っています。

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