JP2004239323A - Dynamic vibration absorber - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dynamic vibration absorber with relatively simple setting of parameters, and in which a large vibration restricting effect to a subject structure. <P>SOLUTION: The subject structure (of a mass M) is supported through a spring (of a spring constant K) and a damper (of a damping coefficient C) to the ground vibratablein a vertical direction (with a displacement x). A first additive mass body (of a mass m1) is supported through a spring (of a spring constant k1) and a damper (of a damping coefficient c1) to the subject structure in a vibratable state ain a vertical direction (with a displacement y1). A second additive mass body (of a mass m2) is supported through a spring (of a spring constant k2) and a damper (of a damping coefficient c2) to the first additive mass body in a vibratable state in a vertical direction (with a displacement y2). Where natural frequencies of the subject structure, the first additive mass body, and the second additive mass, in the vertical direction, as sole systems, are respectively referred to as f<SB>M</SB>, f<SB>m1</SB>, f<SB>m2</SB>, then they are set to satisfy f<SB>m1</SB>>f<SB>M</SB>and f<SB>m2</SB><f<SB>M</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制振対象構造物の振動を抑制するために用いられる動吸振器に関する。
【0002】
【従来の技術】
動吸振器は、主系としての制振対象構造物に付加された付加質量体を有するものであって、ビルや橋梁、機械、車両、船舶などの多くの構造物の振動を抑制するために用いられている。一般に用いられている動吸振器は、主系としての制振対象構造物に、付加系として付加質量体、バネ及びダンパが付加されたものである。
【0003】
係る動吸振器として、非特許文献1に記載の並列多重動吸振器が知られている。この並列多重動吸振器は、主系としての制振対象構造物に、n(n=2,3,…)個の付加系が並列に設置されたものである。また、別の動吸振器として、非特許文献2には、直列動吸振器が記載されている。この直列動吸振器は、主系としての制振対象構造物に、2個の付加系が直列に設置されたものである。これらの多重動吸振器によると、付加系が1つだけの場合よりも、主系である制振対象構造物の振動抑制効果を大きくすることが可能となる。
【0004】
【非特許文献1】
神谷圭二、外3名、「多重動吸振器の最適設計法」、日本機械学会論文集(C編)、1996年9月、62巻、601号
【非特許文献2】
藤田聡、外5名、「副質量を有する建物制振用マスダンパに関する研究」、日本機械学会論文集(C編)、1995年7月、61巻、587号
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献1に記載の並列多重動吸振器は、質量やばね定数などの付加系のパラメータ設定が非常に煩雑であり現実に使用するのが困難である。また、非特許文献2に記載の直列動吸振器は、付加系のパラメータについて詳細に検討されておらず、制振対象構造物の振動を十分に抑制することができない。
【0006】
そこで、本発明の目的は、パラメータ設定が比較的簡易であると共に制振対象構造物の振動抑制効果が大きい動吸振器を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の動吸振器は、弾性体を介して制振対象構造物に接続される第1の付加質量体と、別の弾性体を介して前記第1の付加質量体に接続された第2の付加質量体とを備えている。そして、前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも高い固有振動数に設定され、且つ、前記第2の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも低い固有振動数に設定されている(請求項1)。
【0008】
つまり、制振対象構造物の固有振動数をf、第1の付加質量体の単独系としての固有振動数をfm1、第2の付加質量体の単独系としての固有振動数をfm2としたとき、
m1>f、且つ、fm2<f
となるように設定される。このような設定は第1及び第2の付加質量体の質量及びばね定数の調整により比較的簡易に実現できると共に、後述する実施例からも分かるように振動のコンプライアンス(入力に対する変位応答の関数:compliance)、アクセレランス(入力に対する加速度応答の関数:accelerance)又はモビリティ(入力に対する速度応答の関数:mobility)を十分に低下させることができて制振対象構造物の振動抑制効果が大きい。
【0009】
なお、振動の方向は、XYZのいずれかの軸方向であってもよいし、いずれかの軸周りの回転方向であってもよい。
【0010】
また、本発明の動吸振器において、前記制振対象構造物の振動のコンプライアンス、アクセレランス及びモビリティの少なくともいずれか1つが最適化されるように前記第2の付加質量体の減衰比が設定されていることが好ましい(請求項2)。これによると、制振対象構造物の振動のコンプライアンス、アクセレランス及びモビリティの少なくともいずれか1つを十分に低下させることができて制振対象構造物の振動抑制効果が得られる。
【0011】
また、本発明の動吸振器において、前記第2の付加質量体の減衰比がζ2=a×u−cによって示されるとき、a>0.80、b>0.32、且つ、c<0.08であることが好ましい(請求項3)。なお、uは、制振対象構造物の質量に対する第1及び第2の付加質量体を足した質量の比率(総質量比)である。
【0012】
これによると、制振対象構造物の減衰に応じた第2の付加質量体の減衰比ζ2の近似式が示されることになるので、最適な減衰比ζ2を算出して選択することができる。その結果、振動のコンプライアンス、アクセレランス及びモビリティの少なくともいずれか1つを十分に低下させることができるパラメータの最適値を得ることになる。
【0013】
本発明において、前記第1および第2の付加質量体が、前記制振対象構造物と同じ2以上の異なる方向にそれぞれ固有振動可能であり、前記第1の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記制振対象構造物の対応する固有振動数よりもそれぞれ高い固有振動数に設定され、且つ前記第2の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記制振対象構造物の対応する固有振動数よりもそれぞれ低い固有振動数に設定されていてよい(請求項4)。この場合、各方向について上述したのと同様の制振効果が得られる。
【0014】
なお、振動の方向は、XYZの2以上の軸方向であってもよいし、2以上の軸周りの回転方向であってもよいし、軸方向の振動と軸周りの回転方向の振動とが組み合わされていてもよい。
【0015】
別の観点において、本発明の動吸振器は、弾性体を介して制振対象構造物に接続される第1の付加質量体と、別の弾性体を介して前記第1の付加質量体に接続された第2の付加質量体と、さらに別の弾性体を介して前記第2の付加質量体に接続された第3の付加質量体とを備えている。そして、前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも高い固有振動数に設定され、前記第2の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数よりも高い固有振動数に設定され、且つ前記第3の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも低い固有振動数に設定されたものである(請求項5)。
【0016】
つまり、直列接続される付加質量体は2個に限られるものではなく、3個であってもよい。このとき、制振対象構造物の固有振動数をf、第1の付加質量体の単独系としての固有振動数をfm1、第2の付加質量体の単独系としての固有振動数をfm2、第3の付加質量体の単独系としての固有振動数をfm3、としたとき、
m1>f、fm1<fm2、且つ、fm3<f
となるように設定される。このような設定は比較的簡易であると共に、付加質量体の数が2個の場合よりも3個の場合の方が制振対象構造物の振動抑制効果が大きくなる。
【0017】
本発明において、前記第1から第3の付加質量体が、前記制振対象構造物と同じ2以上の異なる方向にそれぞれ固有振動可能であり、前記第1の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記制振対象構造物の対応する固有振動数よりもそれぞれ高い固有振動数に設定され、前記第2の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記第1の付加質量体の単独系としての対応する固有振動数よりもそれぞれ高い固有振動数に設定され、且つ前記第3の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記制振対象構造物の対応する固有振動数よりもそれぞれ低い固有振動数に設定されていてよい(請求項6)。この場合、各方向について上述したのと同様の制振効果が得られる。
【0018】
なお、上述した付加質量体が2個の場合と同様に振動の方向は、XYZの2以上の軸方向であってもよいし、2以上の軸周りの回転方向であってもよいし、軸方向の振動と軸周りの回転方向の振動とが組み合わされていてもよい。
【0019】
また、本発明の動吸振器において、制振対象構造物と第1の付加質量体との間に実質的に減衰作用が働いていないことが好ましい(請求項7)。これによると、制振効果がさらに大きくなる。
【0020】
また、本発明において、第1の付加質量体の質量が第2の付加質量体の質量よりも大きいことが好ましい(請求項8)。これによると、制振効果がさらに大きくなり、調整も容易となる。
【0021】
また、別の観点において、本発明の動吸振器は、上述した動吸振器を2つ備えた並列動吸振器であって、一方の動吸振器の前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも低い固有振動数に設定され、且つ他方の動吸振器の前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも高い固有振動数に設定されたものである(請求項9)。
【0022】
つまり、上述したような付加質量体が直列に接続された動吸振器をそれぞれ並列に接続した並列動吸振器でもよい。このとき、制振対象構造物の固有振動数をf、一方の第1の付加質量体の単独系としての固有振動数をfm21、他方の第1の付加質量体の単独系としての固有振動数をfm11、としたとき、
m11>f、fm21<f
となるように設定される。このような設定は、比較的簡易であると共に、制振対象構造物の振動抑制効果が大きくなる。
【0023】
<最適設計:直列二重動吸振器>
図1に、本発明による付加質量体が2個の場合の動吸振器の模式図を示す。図1において、制振対象構造物(質量M)は、鉛直方向(変位x)に振動可能な状態でバネ(ばね定数K)及びダンパ(減衰係数C)を介して地面に支持されている。また、第1の付加質量体(質量m1)は、鉛直方向(変位y1)に振動可能な状態でバネ(ばね定数k1)及びダンパ(減衰係数c1)を介して制振対象構造物に支持されており、第2の付加質量体(質量m2)は、鉛直方向(変位y2)に振動可能な状態でバネ(ばね定数k2)及びダンパ(減衰係数c2)を介して第1の付加質量体に支持されている。つまり、2つの動吸振器(主系に近い側の第一動吸振器と、これに接続された第二動吸振器)が制振対象構造物に対して直列2段に接続された構成になっている。
【0024】
なお、以下の説明において、式(1)〜(3)に示すように、総質量比(質量Mに対する質量(m1+m2)の比率)をu、質量Mに対する質量m1、m2の質量比をそれぞれu1、u2(u=u1+u2)とする。
【0025】
【数1】

Figure 2004239323
【0026】
図1に示した制振対象構造物、第1及び第2の付加質量体の運動方程式は、主系に働く外力をf(=Fsinωt)として、それぞれ次の式(4)〜(6)のように表される。
【0027】
【数2】
Figure 2004239323
【0028】
ところで、動吸振器の設計とは、動吸振器の質量、ばね定数及び減衰係数を決めることである。通常の付加系を1つだけ有する動吸振器の場合、動吸振器の質量(主系に対する質量比)が決まると、ばね定数及び減衰係数の2つのパラメータを決めればよい。直列二重動吸振器では、上述した総質量比を決定した後、第一動吸振器と第二動吸振器との内部質量比(u1/u)、各動吸振器のばね定数及び減衰係数という5つのパラメータを求めなければならない。
【0029】
これらパラメータを最適に決定する一つの手法として、主系である制振対象構造物のコンプライアンスの最大値を最小にするパラメータを求めるという手法が用いられる。しかしながら、そのような最適化されたパラメータを式(4)〜(6)の解析的な解として求めることができないので、総質量比が0.02から0.2の範囲(単に実用的な範囲として例示する範囲に過ぎない)で数値計算解として求めた結果を表1に示す。求めるべきパラメータとは、総質量比が決められたときのm1+m2に対するm1の質量比(質量比比率)u1/u、各動吸振器のばね定数及び減衰係数である。
【0030】
なお、表1においては、各付加質量体のばね定数及び減衰係数の代わりに、第1及び第2の付加質量体の単独系としての鉛直方向の固有振動数fm1、fm2と制振対象構造物の単独系としての鉛直方向の固有振動数fとの比pi(p1、p2:それぞれ式(7)で表される)と、第1及び第2の付加質量体の単独系としての減衰比ζi(ζ1、ζ2:それぞれ式(8)で表される)とが示されている。
【0031】
【表1】
Figure 2004239323
【0032】
【数3】
Figure 2004239323
【0033】
表1から分かるように、総質量比が0.02から0.2の範囲において、最適な固有振動数の比p1は1より若干大きく(p1>1)、最適な固有振動数の比p2は1より若干小さく(p2<1)、最適な減衰比ζ1は実質的にゼロである。また、最適な質量比u1/uは総質量比が大きくなるに連れて小さくなる。図2は表1に示された特性を説明するためのグラフであって、図2(a)は総質量比が大きくなるに連れて最適な質量比u1/uが小さくなる様子を示している。図2(b)は、総質量比が大きくなるに連れて最適な質量比u1、u2が大きくなる様子を示している。図2(c)は、総質量比が大きくなるに連れて最適な比p1が増加し比p2が減少すると共に最適な減衰比ζ2が増加する様子を示している。
【0034】
なお、アクセレランスおよびモビリティの最大値を最小にするという条件で最適パラメータを決定した場合にもパラメータの特性として同様の結果が得られる。
【0035】
<制振性能>
通常の付加系を1つだけもつ動吸振器(単一動吸振器)、付加系を2つ持つ並列動吸振器(並列二重動吸振器)、付加系を4つ持つ並列動吸振器(並列四重動吸振器)、付加系を6つ持つ並列動吸振器(並列六重動吸振器)、図1に示した直列二重動吸振器のそれぞれについて、制振対象構造物の減衰がゼロという条件でコンプライアンスの最大値が最小となるようにパラメータが最適化された場合における制振対象構造物のコンプライアンスの最大値を総質量比が0.02から0.2の範囲において数値計算で求めたものが表2である。表2から分かるように、図1に示した直列二重動吸振器によると、並列六重動吸振器と同程度又はこれ以上にコンプライアンスを小さな値に抑制することができる。また、総質量比5%での直列二重動吸振器の制振効果は質量比8.25%での単一動吸振器の制振効果に相当し、総質量比10%での直列二重動吸振器の制振効果は質量比16.5%での単一動吸振器の制振効果に相当する。このように、本発明の直列動吸振器は、優れた制振効果を奏する。
【0036】
【表2】
Figure 2004239323
【0037】
<比較例1>
図3は、コンプライアンスの最大値を最小にするという上述した最適化条件で決定されたパラメータが採用されたときにおける主系のコンプライアンス曲線の一例(総質量比5%)である。このとき、図3に示すように、コンプライアンス曲線は主系及び2つの付加系の3つの自由度に対応した3つの極大値を有しており、これら極大値は等しい値になっている。なお、図3においてFrequency Ratio(振動数比)1は主系の固有振動数に対応している。
【0038】
次に、固有振動数の比p1、p2だけが最適状態から変動した場合(すなわち、最適状態がある原因でp1<1且つp2>1、p1<1且つp2=1、p1=1且つp2=1、又は、p1=1且つp2>1となり他のパラメータが変化しない場合)にコンプライアンス曲線がどのように変化するかについて説明する。表3に、このときの各パラメータを示す。
【0039】
【表3】
Figure 2004239323
【0040】
数値計算の結果、表3に示す各場合について、コンプライアンス曲線は、図4(a)〜(d)のようになった。図4(a)はp1<1且つp2>1、図4(b)はp1<1且つp2=1、図4(c)はp1=1且つp2=1、そして、図4(d)はp1=1且つp2>1の場合のコンプライアンス曲線をそれぞれ描いたものである。この結果から分かるように、p1>1且つp2<1を満たさない場合には、コンプライアンスの最大値を十分に小さくすることができず、直列二重動吸振器の制振効果が小さくなってしまう。
【0041】
<比較例2>
次に、比p1、p2が最適状態から変動し他のパラメータをそれに合わせて再最適化することができる場合(すなわち、最適状態がある原因でp1<1(p1=0.975)且つp2>1(p2=1.025)、p1<1(p1=0.975)且つp2=1、p1=1且つp2=1、p1=1且つp2>1(p2=1.025)となり他のパラメータが再最適化される場合)にコンプライアンス曲線がどのように変化するかについて説明する。
【0042】
数値計算の結果、他のパラメータは表4に示すように再最適化される。なお、p1<1(p1=0.975)且つp2>1(p2=1.025)の場合には再最適化を行うことができないので、p1=0.995、p2=1.005としてその他のパラメータの再最適化を行った。そして、これら各場合について、コンプライアンス曲線は、図5(a)〜(d)のようになった。図5(a)はp1<1且つp2>1、図5(b)はp1<1且つp2=1、図5(c)はp1=1且つp2=1、そして、図5(d)はp1=1且つp2>1の場合のコンプライアンス曲線をそれぞれ描いたものである。
【0043】
この結果から分かるように、p1>1且つp2<1を満たさない場合には、たとえその他のパラメータを再最適化できるとしても、図4のときよりも改善されるもののコンプライアンスの最大値を十分に小さくすることができず、直列二重動吸振器の制振効果が小さくなってしまう。
【0044】
【表4】
Figure 2004239323
【0045】
<アクセレランス>
単一動吸振器、並列二重動吸振器、並列四重動吸振器、図1に示した直列二重動吸振器のそれぞれについて、制振対象構造物の減衰がゼロという条件でアクセレランスの最大値が最小となるようにパラメータが最適化された場合における制振対象構造物のアクセレランスの最大値を総質量比が0.02から0.2の範囲において数値計算で求めたものが表5である。
【0046】
表5から分かるように、図1に示した直列二重動吸振器によると、並列四重動吸振器と同程度又はこれ以上にアクセレランスを小さな値に抑制することができる。また、総質量比5%での直列二重動吸振器の制振効果と単一動吸振器の制振効果とを比較すると、共振ピーク値が20.32%減少する。
【0047】
【表5】
Figure 2004239323
【0048】
<インパルス応答>
総質量比が5%の場合について、単一動吸振器、並列二重動吸振器、図1に示した直列二重動吸振器を用いたときのそれぞれのインパルス応答を図6に示す。図6(a)は主系、図6(b)は第一動吸振器、図6(c)は第二動吸振器に対応している。図6(a)を参照すると、主系のインパルス応答において、直列二重動吸振器による1周期めの振動波形には制振効果がほとんど見られないが、直列二重動吸振器による2周期め以降の振動波形には並列二重動吸振器よりも顕著な制振効果が見られる。
【0049】
図6(b)を参照すると、直列二重動吸振器の第一動吸振器のインパルス応答はその他の動吸振器と大差がなく、図6(c)を参照すると、直列二重動吸振器の第二動吸振器のインパルス応答は並列二重動吸振器よりも却って大きいことが分かる。このように、付加系の運動が大きくなることが本発明による直列二重動吸振器の効果を示しているといえる。
【0050】
<動吸振器の調整>
一般的に、主系の固有振動数が変化する場合、動吸振器の最適効果を維持するためには動吸振器のばね係数及び減衰係数を調整しなければならない。前述したように本発明による直列二重動吸振器の場合、第一動吸振器の減衰比が極めて小さくなるように設定されるので特段の減衰性能が必要ないため、調整に必要なパラメータは三つしかなく、並列二重動吸振器、並列四重動吸振器よりも調整は易しいものとなる。また、本発明による直列二重動吸振器においては、主系の固有振動数が変化する場合、第二動吸振器を調整するだけで最適状態の復元が可能という特徴も有するのである。最適状態では、第二動吸振器の質量が第一動吸振器の質量よりかなり小さいので、第二動吸振器のパラメータのみを調整すればよいことは実際の作業負担を大きく軽減する。
【0051】
第二動吸振器を調整するだけで最適状態の復元が可能という点について、以下データを挙げて説明する。表6に、主系の固有振動数が0.90から1.02まで変化したときに第一動吸振器に関するパラメータを変えずに第二動吸振器に関するパラメータのみを調整したときの結果を示す。図7に調整前後の主系のコンプライアンス曲線を比較して示す。
【0052】
【表6】
Figure 2004239323
【0053】
表6と図7から、主系の固有振動数が元の振動数より小さくなるほど、第二動吸振器の質量を大きくすることによって、制振効果の殆ど変わらない良好な結果が得られることが分かる。ただし、主系の固有振動数が元の振動数より大きくなると、第二動吸振器の質量比を小さくしなければならず、このときの制振効果はもとのものより若干劣化する。なお、主系の固有振動数が第一動吸振器の振動数より大きくなると、第二動吸振器に関するパラメータの調整だけでは十分な制振効果が得られなくなる可能性もある。
【0054】
<制振対象構造物の減衰がゼロの場合と減衰が存在する場合との比較>
上述の直列二重動吸振器では、制振対象構造物の減衰がゼロという条件でパラメータが最適化された場合における制振対象構造物のコンプライアンス及びアクセレランスなどについて説明したが、例えば、制振対象構造物に減衰が存在している場合では、図3のようにコンプライアンス曲線における3つの極値はほぼ等しい値とならない。つまり、制振対象構造物の減衰がゼロという条件で最適化されたパラメータを、例えば減衰が5%存在する制振対象構造物に採用すると、図8に示すようなコンプライアンス曲線が得られ、コンプライアンス曲線における3つの極値は等しくならず、最適化されたパラメータは減衰が存在する制振対象構造物に対して最適にならない。
【0055】
<コンプライアンス最適化>
次いで、制振対象構造物に減衰が存在する場合でのコンプライアンス最適化について説明する。なお、直列二重動吸振器を設置しようとする一般的な制振対象構造物の減衰は小さく、また減衰を付加して効果が高いのは制振対象構造物の減衰が約6%以下の領域と考えられる。したがって、制振対象構造物に存在する減衰を0〜6%まで変化する場合のコンプライアンス最適化について、直列二重動吸振器のパラメータの変化範囲を計算する。
【0056】
図9は、制振対象構造物の減衰が0〜6%まで変化する場合のコンプライアンス最適化において、各質量体のパラメータの特性を示しており、(a)は、第1の付加質量体と第2の付加質量体の各質量比の変化曲線の一例であり、(b)は、第1の付加質量体と第2の付加質量体の各固有振動数の比の変化曲線の一例であり、(c)は、第2の付加質量体の減衰比の変化曲線の一例である。なお、図9における変化曲線の変化範囲は総質量比で0.005〜0.2の範囲で示している。
【0057】
図9(a)に示すようにそれぞれの変化曲線において、制振対象構造物の減衰が増加すると、第1の付加質量体の質量比u1は小さくなる傾向を示し、第2の付加質量体の質量比u2は大きくなる傾向を示す。第2の付加質量体の質量比u2の変化曲線の式(9)は図9(a)から近似式として得られ、式(9)から第2の付加質量体の質量比u2のパラメータを求め、第1の付加質量体の質量比u1は、u1=u−u2から求めることができる。ここで、ζは制振対象構造物の減衰比である。
【0058】
【数4】
Figure 2004239323
【0059】
図9(b)に示すようにそれぞれの変化曲線において、制振対象構造物の減衰が増加すると、第1の付加質量体の固有振動数の比p1は小さくなる傾向を示し、第2の付加質量体の固有振動数の比p2も小さくなる傾向を示す。第1及び第2の付加質量体の変化曲線の式(10)、式(11)も同様に図9(b)から近似式として得られ、式(10)、(11)から第1及び第2の付加質量体の固有振動数の比p1、p2のパラメータが求められる。
【0060】
【数5】
Figure 2004239323
【0061】
図9(c)に示すようにそれぞれの変化曲線において、制振対象構造物の減衰が増加すると、第2の付加質量体の減衰比ζ2は大きくなる。なお、第1の付加質量体の減衰比ζ1は前述と同様に実質的にゼロである。第2の付加質量体の減衰比ζ2の変化曲線の式(12)も同様に図9(c)から近似式として得られ、式(12)から第2の付加質量体の減衰比ζ2が求められる。
【0062】
【数6】
Figure 2004239323
【0063】
このように制振対象構造物の減衰が0〜6%まで変化する場合における直列二重動吸振器のパラメータの変化範囲を図9に示し近似式を得ることで、制振対象構造物の減衰に応じた直列二重動吸振器のパラメータの最適値を算出して選ぶことが可能となる。例えば、制振対象構造物の減衰比ζが5%で、直列二重動吸振器の総質量比uが5%である場合のコンプライアンスの最大値を最小にするという最適化条件で決定されたパラメータを表7に示し、そのパラメータが採用されたときにおける主系のコンプライアンス曲線を図10に示す。図10に示すコンプライアンス曲線における3つの極値はほぼ等しくなり、図8と比べて直列二重動吸振器のパラメータは最適値といえる。
【0064】
【表7】
Figure 2004239323
【0065】
<アクセレランスの最適化>
続いて、制振対象構造物に存在する減衰を0〜6%まで変化する場合のアクセレランス最適化について、直列二重動吸振器のパラメータの変化範囲を計算する。
【0066】
図11は、制振対象構造物の減衰が0〜6%まで変化する場合のアクセレランス最適化において、各質量体のパラメータの特性を示しており、(a)は、第1の付加質量体と第2の付加質量体の各質量比の変化曲線の一例であり、(b)は、第1の付加質量体と第2の付加質量体の各固有振動数の比の変化曲線の一例であり、(c)は、第2の付加質量体の減衰比の変化曲線の一例である。なお、図11における変化曲線の変化範囲は総質量比で0.005〜0.2の範囲で示している。
【0067】
図11(a)に示すようにそれぞれの変化曲線において、制振対象構造物の減衰が増加すると、第1の付加質量体の質量比u1は小さくなる傾向を示し、第2の付加質量体の質量比u2は大きくなる傾向を示す。第2の付加質量体の質量比u2の変化曲線の式(13)は図11(a)から近似式として得られ、式(13)から第2の付加質量体の質量比u2のパラメータを求め、第1の付加質量体の質量比u1は、u1=u−u2から求めることができる。
【0068】
【数7】
Figure 2004239323
【0069】
図11(b)に示すようにそれぞれの変化曲線において、制振対象構造物の減衰が増加すると、第1の付加質量体の固有振動数の比p1は大きくなる傾向を示し、第2の付加質量体の固有振動数の比p2も大きくなる傾向を示す。第1及び第2の付加質量体の変化曲線の式(14)、式(15)も同様に図11(b)から近似式として得られ、式(14)、(15)から第1及び第2の付加質量体の固有振動数の比p1、p2のパラメータが求められる。
【0070】
【数8】
Figure 2004239323
【0071】
図11(c)に示すようにそれぞれの変化曲線において、制振対象構造物の減衰が増加すると、第2の付加質量体の減衰比ζ2は大きくなる。なお、第1の付加質量体の減衰比ζ1は前述と同様に実質的にゼロである。第2の付加質量体の減衰比ζ2の変化曲線の式(16)も同様に図11(c)から近似式として得られ、式(16)から第2の付加質量体の減衰比ζ2が求められる。
【0072】
【数9】
Figure 2004239323
【0073】
このように制振対象構造物の減衰が0〜6%まで変化する場合における直列二重動吸振器のパラメータの変化範囲を図11に示し近似式を得ることで、制振対象構造物の減衰に応じた直列二重動吸振器のパラメータの最適値を算出して選ぶことが可能となる。例えば、制振対象構造物の減衰比ζが5%で、直列二重動吸振器の総質量比uが5%である場合のアクセレランスの最大値を最小にするという最適化条件で決定されたパラメータを表8に示し、そのパラメータが採用されたときにおける主系のアクセレランス曲線を図12に示す。図12に示すアクセレランス曲線における3つの極値はほぼ等しくなり、直列二重動吸振器のパラメータは最適値といえる。
【0074】
【表8】
Figure 2004239323
【0075】
<モビリティ最適化>
続いて、制振対象構造物に存在する減衰を0〜6%まで変化する場合のモビリティ最適化について、直列二重動吸振器のパラメータの変化範囲を計算する。
【0076】
図13は、制振対象構造物の減衰が0〜6%まで変化する場合のモビリティ最適化において、各質量体のパラメータの特性を示しており、(a)は、第1の付加質量体と第2の付加質量体の各質量比の変化曲線の一例であり、(b)は、第1の付加質量体と第2の付加質量体の各固有振動数の比の変化曲線の一例であり、(c)は、第2の付加質量体の減衰比の変化曲線の一例である。なお、図13における変化曲線の変化範囲を総質量比で0.005〜0.2の範囲で示している。
【0077】
図13(a)に示すようにそれぞれの変化曲線において、制振対象構造物の減衰が増加すると、第1の付加質量体の質量比u1は小さくなる傾向を示し、第2の付加質量体の質量比u2は大きくなる傾向を示す。第2の付加質量体の質量比u2の変化曲線の式(17)は図13(a)から近似式として得られ、式(17)から第2の付加質量体の質量比u2のパラメータを求め、第1の付加質量体の質量比u1は、u1=u−u2から求めることができる。
【0078】
【数10】
Figure 2004239323
【0079】
図13(b)に示すようにそれぞれの変化曲線において、制振対象構造物の減衰が増加すると、第1の付加質量体の固有振動数の比p1は大きくなる傾向を示し、第2の付加質量体の固有振動数の比p2は小さくなる傾向を示す。第1及び第2の付加質量体の変化曲線の式(18)、式(19)も同様に図13(b)から近似式として得られ、式(18)、(19)から第1及び第2の付加質量体の固有振動数の比p1、p2のパラメータが求められる。
【0080】
【数11】
Figure 2004239323
【0081】
図13(c)に示すようにそれぞれの変化曲線において、制振対象構造物の減衰が増加すると、第2の付加質量体の減衰比ζ2は大きくなる。なお、第1の付加質量体の減衰比ζ1は前述と同様に実質的にゼロである。第2の付加質量体の減衰比ζ2の変化曲線の式(20)も同様に図13(c)から近似式として得られ、式(20)から第2の付加質量体の減衰比ζ2が求められる。
【0082】
【数12】
Figure 2004239323
【0083】
このように制振対象構造物の減衰が0〜6%まで変化する場合における直列二重動吸振器のパラメータの変化範囲を図13に示し近似式を得ることで、制振対象構造物の減衰に応じた直列二重動吸振器のパラメータの最適値を算出して選ぶことが可能となる。例えば、制振対象構造物の減衰比ζが5%で、二重動吸振器の総質量比uが5%である場合のモビリティの最大値を最小にするという最適化条件で決定されたパラメータを表9に示し、そのパラメータが採用されたときにおける主系のモビリティ曲線を図14に示す。図14に示すモビリティ曲線における3つの極値はほぼ等しくなり、直列二重動吸振器のパラメータは最適値といえる。
【0084】
【表9】
Figure 2004239323
【0085】
以上のように、制振対象構造物の減衰が0〜6%まで変化する場合の3つの最適化(コンプライアンス最適化、アクセレランス最適化及びモビリティ最適化)での第1の付加質量体と第2の付加質量体の各質量比u1、u2及び第2の付加質量体の減衰比ζ2の変化傾向は同様になり、変化幅(コンプライアンス最適化、アクセレランス最適化及びモビリティ最適化におけるそれぞれの変化曲線のズレによる幅)についても大きな違いがない。一方、第1の付加質量体と第2の付加質量体の各固有振動数の比の変化傾向は違うが、第1の付加質量体の固有振動数の比は常に1より大きく、第2の付加質量体の固有振動数の比は常に1より小さいものとなる。
【0086】
また、制振対象構造物の減衰が0〜6%まで変化する場合での3つの最適化における第2の付加質量体の減衰比ζ2の変化曲線の一例を図15に示しており、それぞれの変化曲線で囲まれる範囲内に3つの最適化による第2の付加質量体の減衰比ζ2が存在する。図15から制振対象構造物の減衰が0%時の第2の付加質量体の減衰比ζ2minを求める近似式(21)が得られ、制振対象構造物の減衰が6%時の第2の付加質量体の減衰比ζ2maxを求める近似式(22)が得られる。そのため、制振対象構造物の減衰が0〜6%まで変化する場合における第2の付加質量体の減衰比ζ2を求めることが可能となる。なお、本発明において、主系のコンプライアンス、アクセレランス、モビリティの少なくともいずれか1つを十分に低下させることができる減衰比ζ2は、上述した式(21)、(22)に表されたものに限定されない。例えば、第2の付加質量体の減衰比がζ2=a×u−cによって示されるとき、aを0.80より大きく(a>0.80)、bを0.32より大きく(b>0.32)、且つ、cを0.08より小さく(c<0.08)すれば、主系のコンプライアンス、アクセレランス、モビリティの少なくともいずれか1つを十分に低下させることができる減衰比ζ2を得ることができる。
【0087】
【数13】
Figure 2004239323
【0088】
<最適設計:直列三重動吸振器>
続いて図16に、本発明による付加質量体が3個の場合の動吸振器の模式図を示す。図16において、第3の付加質量体(質量m3)が鉛直方向(変位y3)に振動可能な状態でバネ(ばね定数k3)及びダンパ(減衰係数c3)を介して前述した直列二重動吸振器の第2の付加質量体に支持されており、制振対象構造物に対して直列3段に接続された構成になっている。つまり、この直列三重動吸振器は、前述した直列二重動吸振器の第二動吸振器に動吸振器(第三動吸振器)1個が接続されたものである。なお、前述した直列二重動吸振器と同様なものについては、同記号で示し説明を省略する。
【0089】
なお、以下の説明において、式(23)、(24)に示すように、総質量比(質量Mに対する質量(m1+m2+m3)の比率)をu、質量Mに対する質量m1、m2、m3の質量比をそれぞれu1、u2、u3(u=u1+u2+u3)とする。
【0090】
【数14】
Figure 2004239323
【0091】
図16に示した制振対象構造物、第1、第2および第3の付加質量体の運動方程式は、主系に働く外力をf(=Fsinωt)として、それぞれ上述した式(4)及び式(5)、次の式(25)及び式(26)のように表される。
【0092】
【数15】
Figure 2004239323
【0093】
直列三重動吸振器の設計では、上述したように総質量比uを決定した後、第一動吸振器と第二動吸振器と第三動吸振器の内部質量比(u1/u、u2/u)、各動吸振器のばね定数及び減衰係数という8つのパラメータを求めなければならない。
【0094】
前述したように、主系である制振対象構造物のコンプライアンスの最大値を最小にするパラメータは解析的な解として求めることができないので、総質量比が0.02から0.2の範囲で数値計算解として求めた結果を表10に示す。求めるべきパラメータとは、総質量比が決められたときのm1+m2+m3に対するm1の質量比(質量比比率)u1/u、m1+m2+m3に対するm2の質量比(質量比比率)u2/u、各動吸振器のばね定数及び減衰係数である。
【0095】
なお、表10においては、各付加質量体のばね定数及び減衰係数の代わりに、第1、第2及び第3の付加質量体の単独系としての鉛直方向の固有振動数fm1、fm2、fm3と制振対象構造物の単独系としての鉛直方向の固有振動数fとの比pi(p1、p2、p3:それぞれ式(7)で表される)と、第1、第2及び第3の付加質量体の単独系としての減衰比ζi(ζ1、ζ2、ζ3:それぞれ式(8)で表される)とが示されている。また、質量比(質量比比率)u1/u、u2/uは表10中に示していない。
【0096】
【表10】
Figure 2004239323
【0097】
表10から分かるように、総質量比が0.02から0.2の範囲において、最適な固有振動数の比p1は1より若干大きく(p1>1)、最適な固有振動数の比p2は固有振動数の比p1より若干大きく(p1<p2)、最適な固有振動数の比p3は1より若干小さく(p3<1)、最適な減衰比ζ1、ζ2は実質的にゼロである。図17は表10に示された特性を説明するためのグラフであって、図17(a)は総質量比が大きくなるに連れて最適な質量比u1、u2、u3が大きくなる様子を示している。図17(b)は、総質量比が大きくなるに連れて最適な比p1、p2が増加し比p3が減少すると共に最適な減衰比ζ3が増加する様子を示している。
【0098】
なお、アクセレランスの最大値を最小にするという条件で最適パラメータを決定した場合にもパラメータの特性として後述するように同様の結果が得られる。
【0099】
<制振性能>
通常の付加系を1つだけもつ動吸振器(単一動吸振器)、付加系を2つ持つ並列動吸振器(並列二重動吸振器)、付加系を4つ持つ並列動吸振器(並列四重動吸振器)、付加系を6つ持つ並列動吸振器(並列六重動吸振器)、図1に示した直列二重動吸振器、図16に示した直列三重動吸振器のそれぞれについて、減衰がゼロという条件でコンプライアンスの最大値が最小となるようにパラメータが最適化された場合における制振対象構造物のコンプライアンスの最大値を総質量比が0.02から0.2の範囲において数値計算で求めたものが表11である。表11から分かるように、図16に示した直列三重動吸振器によると、直列二重動吸振器以上に最大コンプライアンスを小さな値に抑制することができる。このように、本発明の直列三重動吸振器は、より優れた制振効果を奏する。
【0100】
【表11】
Figure 2004239323
【0101】
<比較例>
図18は、コンプライアンスの最大値を最小にするという上述した最適化条件で決定されたパラメータが採用されたときにおける主系のコンプライアンス曲線の一例(総質量比5%)である。このとき、図18に示すように、コンプライアンス曲線は主系及び3つの付加系の3つの自由度に対応した4つの極大値を有しており、これら極大値は等しい値になっている。また、図18より直列三重動吸振器は、単一動吸振器、並列二重動吸振器及び直列二重動吸振器と比較して最大コンプライアンスをより小さな値に抑制していることがわかる。なお、図18においてFrequency Ratio(振動数比)1は主系の固有振動数に対応している。
【0102】
<アクセレランス>
次いで、主系である制振対象構造物のアクセレランスの最大値を最小にするパラメータも上述と同様に式(4)、(5)、(25)、(26)の解析的な解として求めることができないので、総質量比が0.02から0.2の範囲で数値計算解として求めた結果を表12に示す。求めるべきパラメータとは、総質量比が決められたときのm1+m2+m3に対するm1の質量比(質量比比率)u1/u、m1+m2+m3に対するm2の質量比(質量比比率)u2/u、各動吸振器のばね定数及び減衰係数である。
【0103】
なお、表12においては、各付加質量体のばね定数及び減衰係数の代わりに、第1、第2及び第3の付加質量体の単独系としての鉛直方向の固有振動数fm1、fm2、fm3と制振対象構造物の単独系としての鉛直方向の固有振動数fとの比p1〜p3と、第1、第2及び第3の付加質量体の単独系としての減衰比ζ1〜ζ3とが示されている。また、質量比(質量比比率)u1/u、u2/uは表12中に示していない。
【0104】
【表12】
Figure 2004239323
【0105】
図19は、表12に示された特性を説明するためのグラフであって、図19(a)は総質量比が大きくなるにつれて最適な質量比u1、u2、u3が大きくなる様子を示している。図19(b)は総質量比が大きくなるにつれて最適な比p1、p2が増加し比p3が減少すると共に最適な減衰比ζ3が増加する様子を示している。
【0106】
<制振性能>
通常の付加系を1つだけもつ動吸振器(単一動吸振器)、付加系を2つ持つ並列動吸振器(並列二重動吸振器)、付加系を4つ持つ並列動吸振器(並列四重動吸振器)、図1に示した直列二重動吸振器、図16に示した直列三重動吸振器のそれぞれについて、制振対象構造物の減衰がゼロという条件でアクセレランスの最大値が最小となるようにパラメータが最適化された場合における制振対象構造物のアクセレランスの最大値を総質量比が0.02から0.2の範囲において数値計算で求めたものが表13である。表13から分かるように、図16に示した直列三重動吸振器によると、直列二重動吸振器以上に最大アクセレランスを小さな値に抑制することができる。このように、本発明の直列三重動吸振器は、より優れた制振効果を奏する。
【0107】
【表13】
Figure 2004239323
【0108】
<比較例>
図20は、アクセレランスの最大値を最小にするという上述した最適化条件で決定されたパラメータが採用されたときにおける主系のコンプライアンス曲線の一例(総質量比5%)である。このとき、図20に示すように、アクセレランス曲線は主系及び3つの付加系の3つの自由度に対応した4つの極大値を有しており、これら極大値は等しい値になっている。また、図20より直列三重動吸振器は、単一動吸振器、並列二重動吸振器及び直列二重動吸振器と比較して最大アクセレランスをより小さな値に抑制していることがわかる。なお、図20においてFrequency Ratio(振動数比)1は主系の固有振動数に対応している。
【0109】
<複合式動吸振器の構成>
続いて図21に、上述した直列二重動吸振器が並列に配置された場合の並列動吸振器の模式図を示す。図21において、制振対象構造物(質量M)は、鉛直方向(変位x)に振動可能な状態でバネ(ばね定数K)及びダンパ(減衰係数C)を介して地面に支持されている。また、図21中左方側の第1の付加質量体(質量m11)は、鉛直方向(変位y11)に振動可能な状態でバネ(ばね定数k11)を介して制振対象構造物に支持されており、第2の付加質量体(質量m12)は、鉛直方向(変位y12)に振動可能な状態でバネ(ばね定数k12)及びダンパ(減衰係数係数c12)を介して第1の付加質量体に支持されている。また、図21中右方側の第1の付加質量体(質量m21)は、鉛直方向(変位y21)に振動可能な状態でバネ(ばね定数k21)を介して制振対象構造物に支持されており、第2の付加質量体(質量m22)は、鉛直方向(変位y22)に振動可能な状態でバネ(ばね定数k22)及びダンパ(減衰係数c22)を介して第1の付加質量体に支持されている。つまり、2つの直列二重動吸振器(第1の直列二重動吸振器100、第2の直列二重動吸振器200)が制振対象構造物の上面で並列に接続された構成になっている。なお、上述した直列二重動吸振器の第一動吸振器には、制振対象構造物に接続するダンパが設けられているが、減衰は実質的にゼロとなるために並列動吸振器(複合式動吸振器)のそれぞれの第一動吸振器には、制振対象構造物と接続するダンパが設けられていない。
【0110】
<コンプライアンス>
このような複合式動吸振器において、主系である制振対象構造物のコンプライアンスの最大値を最小にするパラメータも解析的な解として求めることができないので、総質量比が0.02から0.2の範囲で数値計算解として求めた結果を表14に示す。
【0111】
なお、表14においては、各付加質量体のばね定数及び減衰係数の代わりに、各直列二重動吸振器の第1及び第2の付加質量体の単独系としての鉛直方向の固有振動数fm11、fm12、fm21、fm22と制振対象構造物の単独系としての鉛直方向の固有振動数fとの比p11、p12、p21、p22と、第1及び第2の直列動吸振器のそれぞれの第2の付加質量体の単独系としての減衰比ζ12、ζ22とが示されている。
【0112】
【表14】
Figure 2004239323
【0113】
表14から分かるように、総質量比が0.02から0.2の範囲において、最適な固有振動数の比p11は1より若干大きく(p11>1)、最適な固有振動数の比p12は1より若干小さく(p12<1)、最適な固有振動数の比p21は1より若干小さく(p21<1)、最適な固有振動数の比p22は1より若干小さい(p22<1)。
【0114】
図22は表14に示された特性を説明するためのグラフであって、図22(a)、(b)は総質量比が大きくなるに連れて第1及び第2の直列二重動吸振器の最適な質量比u11、u12、u21、u22が大きくなる様子を示している。図22(c)は、総質量比が大きくなるに連れて第1の直列二重動吸振器の最適な比p11が増加し比p12が減少すると共に最適な減衰比ζ12が増加する様子を示している。図22(d)は、総質量比が大きくなるに連れて第2の直列二重動吸振器の最適な比p21、p22が減少すると共に最適な減衰比ζ22が増加する様子を示している。
【0115】
なお、アクセレランスの最大値を最小にするという条件で最適パラメータを決定した場合にもパラメータの特性として同様の結果が得られる。
【0116】
<制振性能>
通常の付加系を1つだけもつ動吸振器(単一動吸振器)、付加系を2つ持つ並列動吸振器(並列二重動吸振器)、付加系を4つ持つ並列動吸振器(並列四重動吸振器)、付加系を6つ持つ並列動吸振器(並列六重動吸振器)、図1に示した直列二重動吸振器、図21に示した複合式動吸振器のそれぞれについて、制振対象構造物の減衰がゼロという条件でコンプライアンスの最大値が最小となるようにパラメータが最適化された場合における制振対象構造物のコンプライアンスの最大値を総質量比が0.02から0.2の範囲において数値計算で求めたものが表15である。表15から分かるように、図21に示した複合式動吸振器によると、直列二重動吸振器以上に最大コンプライアンスを小さな値に抑制することができる。このように、本発明の複合式動吸振器は、より優れた制振効果を奏する。
【0117】
【表15】
Figure 2004239323
【0118】
<比較例>
図23は、コンプライアンスの最大値を最小にするという上述した最適化条件で決定されたパラメータが採用されたときにおける主系のコンプライアンス曲線の一例(総質量比5%)である。このとき、図23に示すように、コンプライアンス曲線は主系及び4つの付加系の5つの自由度に対応した5つの極大値を有しており、これら極大値は等しい値になっている。また、図23より複合式動吸振器は、単一動吸振器、並列二重動吸振器及び直列二重動吸振器と比較して最大コンプライアンスをより小さな値に抑制していることがわかる。なお、図23においてFrequency Ratio(振動数比)1は主系の固有振動数に対応している。
【0119】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0120】
<第1の実施の形態>
図24は、本発明の第1の実施の形態による直列二重動吸振器が設置された住宅の模式図である。図25は、図24の拡大図であって直列二重動吸振器を描いた模式図である。図24に示すように、主系である住宅40の屋根裏付近には、本実施の形態による直列二重動吸振器1が設置されている。直列二重動吸振器1は、屋根裏の設置面40a上に設置された第一動吸振器2と、その上に載置された第二動吸振器3とから構成されている。
【0121】
図25に示すように、第一動吸振器2は、付加質量体21と、設置面40aと付加質量体21との間に配置されて付加質量体21を鉛直方向に振動可能に支持する複数のバネ要素(弾性体)22とを含んでいる。バネ要素22としては、例えばコイルバネが用いられる。
【0122】
第二動吸振器3は、付加質量体21の上方に配置された付加質量体31と、付加質量体21と付加質量体31との間に配置されて付加質量体31を鉛直方向に振動可能に支持する複数のバネ要素(弾性体)32及び減衰要素33とを含んでいる。バネ要素32としては、例えばコイルバネが用いられる。減衰要素33はダンパとして適切な減衰係数を有するものが用いられる。
【0123】
本実施の形態において、付加質量体21、31の質量、バネ要素22、32のばね定数、減衰要素33の減衰係数は、住宅のコンプライアンス又はアクセレランスの最大値を最小にするように最適化された値(つまり、付加質量体21の単独系としての鉛直方向の固有振動数が住宅40の鉛直方向の固有振動数よりも高く、付加質量体31の単独系としての鉛直方向の固有振動数が住宅40の鉛直方向の固有振動数よりも低くなるような値)となっている。また、バネ要素22として減衰係数ができるだけ小さくゼロに近いものを用いることが好ましい。また、付加質量体21の質量を付加質量体31よりも大きくし両者の質量比は総質量比に応じて変化させることが好ましい。このようにすることで、住宅40の鉛直方向の振動が十分に抑制される。
【0124】
<第2の実施の形態>
図26は、本発明の第2の実施の形態による直列二重動吸振器の模式図である。図26に描いた動吸振器61は、制振対象構造物の設置面90a上に設置された第一動吸振器70と、その上に載置された第二動吸振器80とから構成されている。
【0125】
図26に示すように、第一動吸振器70は、付加質量体71と、設置面90aと付加質量体71との間に配置されて付加質量体71を水平方向に振動可能に支持する複数のバネ要素(弾性体)72とを含んでいる。バネ要素72としては、例えば合成ゴムと薄金属層とが積層された積層ゴムなどが用いられる。
【0126】
第二動吸振器80は、付加質量体71の上方に配置された付加質量体81と、付加質量体71の上面から上方に向けて突出した2本の支柱84と、付加質量体81と支柱84との間にそれぞれ配置されて付加質量体81を水平方向に振動可能に支持する複数のバネ要素(弾性体)82及び減衰要素83とを含んでいる。バネ要素82としては、例えばコイルバネが用いられる。減衰要素83はダンパとして適切な減衰係数を有するものが用いられる。また、付加質量体81の下面には付加質量体81の水平方向への振動が妨げられることがないように車輪81aが取り付けられている。
【0127】
本実施の形態において、付加質量体71、81の質量、バネ要素72、82のばね定数、減衰要素83の減衰係数は、制振対象構造物のコンプライアンス又はアクセレランスの最大値を最小にするように最適化された値(つまり、付加質量体71の単独系としての水平方向の固有振動数が制振対象構造物の水平方向の固有振動数よりも高く、付加質量体81の水平方向の単独系としての固有振動数が制振対象構造物の水平方向の固有振動数よりも低くなるような値)となっている。また、バネ要素72として減衰係数ができるだけ小さくゼロに近いものを用いることが好ましい。また、付加質量体71の質量を付加質量体81よりも大きくし両者の質量比は総質量比に応じて変化させることが好ましい。このようにすることで、制振対象構造物の水平方向の振動が十分に抑制される。
【0128】
<第3の実施の形態>
図27は、本発明の第3の実施の形態による直列二重動吸振器の模式的な斜視図である。図27に描いた動吸振器101は、制振対象構造物の設置面190a上に設置された第一動吸振器120と、その上に載置された4つの第二動吸振器130とから構成されている。
【0129】
図27に示すように、第一動吸振器120は、付加質量体121と、設置面190aと付加質量体121との間に配置されて付加質量体121を水平2方向(x方向、y方向)に振動可能に支持する4つのバネ要素(弾性体)122と、x方向のばね定数調整用のバネ要素123と、y方向のばね定数調整用のバネ要素124とを含んでいる。バネ要素122としては、例えば合成ゴムと薄金属層とが積層された積層ゴムなどが用いられる。また、バネ要素123、124としては、例えば板ばねが用いられる。
【0130】
4つの第二動吸振器130のうちの2つはx方向に振動可能となっており、残りの2つはy方向に振動可能となっている。各第二動吸振器130は、付加質量体121の上方に配置された付加質量体131と、付加質量体121の上面から各付加質量体131の両横においてそれぞれ上方に向けて突出した2本の支柱134と、付加質量体131と支柱134との間にそれぞれ配置されて付加質量体131をx方向又はy方向に振動可能に支持する複数のバネ要素(弾性体)132及び減衰要素133とを含んでいる。バネ要素132としては、例えばコイルバネが用いられる。減衰要素133はダンパとして適切な減衰係数を有するものが用いられる。また、付加質量体131の下面には付加質量体131の水平方向への振動が妨げられることがないように車輪131aが取り付けられている。
【0131】
本実施の形態において、付加質量体121、131の質量、バネ要素122、132のばね定数、減衰要素133の減衰係数は、制振対象構造物のコンプライアンス又はアクセレランスの最大値を最小にするように最適化された値(つまり、付加質量体121の単独系としてのx方向及びy方向の固有振動数が制振対象構造物のx方向及びy方向の固有振動数よりも高く、付加質量体131のx方向及びy方向の単独系としての固有振動数が制振対象構造物のx方向及びy方向の固有振動数よりも低くなるような値)となっている。また、バネ要素122として減衰係数ができるだけ小さくゼロに近いものを用いることが好ましい。また、付加質量体121の質量を4つの付加質量体131の合計よりも大きくし両者の質量比は総質量比に応じて変化させることが好ましい。このようにすることで、制振対象構造物の水平2方向の振動が十分に抑制される。
【0132】
<第4の実施の形態>
図28は、本発明の第4の実施の形態による直列二重動吸振器の模式図である。図28に描いた動吸振器201は、制振対象構造物の設置面240a上に設置された第一動吸振器210と、その上に載置された第二動吸振器220とから構成されている。
【0133】
図28に示すように、第一動吸振器210は、付加質量体211と、設置面240aと付加質量体211との間に配置されて付加質量体211を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素212とを含んでいる。バネ要素212としては、例えばコイルバネが用いられる。
【0134】
第二動吸振器220は、付加質量体211の上方に配置された付加質量体221と、付加質量体211と付加質量体221との間に配置されて付加質量体を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素(弾性体)222及び減衰要素223と、付加質量体221の両横から水平にそれぞれ延出した支柱224と設置面240aとの間に配置されて付加質量体221を鉛直方向に振動可能に支持する複数のバネ要素225とを含んでなる。バネ要素222、225としては、例えばコイルバネが用いられる。減衰要素223はダンパとして適切な減衰係数を有するものが用いられる。
【0135】
本実施の形態において、付加質量体211、221の質量、バネ要素212、222、225のばね定数、減衰要素223の減衰係数は、制振対象構造物のコンプライアンス又はアクセレランスの最大値を最小にするように最適化された値(つまり、付加質量体211の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも高く、付加質量体221の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも低くなるような値)となっている。また、バネ要素212として減衰係数ができるだけ小さくゼロに近いものを用いることが好ましい。また、付加質量体211の質量を付加質量体221よりも大きくし両者の質量比は総質量比に応じて変化させることが好ましい。このようにすることで、制振対象構造物の鉛直方向の振動が十分に抑制される。
【0136】
<第5の実施の形態>
図29は、本発明の第5の実施の形態による直列二重動吸振器の模式図である。図29に描いた動吸振器250は、制振対象構造物の設置面290a上に設置された第一動吸振器260と、その上に載置された第二動吸振器270とから構成されている。
【0137】
図29に示すように、第一動吸振器260は、付加質量体261と、設置面290aと付加質量体261との間に配置されて付加質量体261を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素262とを含んでいる。バネ要素262としては、例えばコイルバネが用いられる。
【0138】
第二動吸振器270は、付加質量体261の上方に配置された付加質量体271と、付加質量体261と付加質量体271との間に配置されて付加質量体271を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素(弾性体)272と、付加質量体271の両横から水平にそれぞれ延出した支柱275と設置面290aとの間に配置されて付加質量体271を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素273及び減衰要素274とを含んでなる。バネ要素272、273としては、例えばコイルバネが用いられる。減衰要素274はダンパとして適切な減衰係数を有するものが用いられる。
【0139】
本実施の形態において、付加質量体261、271の質量、バネ要素262、272、273のばね定数、減衰要素274の減衰係数は、制振対象構造物のコンプライアンス又はアクセレランスの最大値を最小にするように最適化された値(つまり、付加質量体261の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも高く、付加質量体271の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも低くなるような値)となっている。また、バネ要素262として減衰係数ができるだけ小さくゼロに近いものを用いることが好ましい。また、付加質量体261の質量を付加質量体271よりも大きくし両者の質量比は総質量比に応じて変化させることが好ましい。このようにすることで、制振対象構造物の鉛直方向の振動が十分に抑制される。
【0140】
<第6の実施の形態>
図30は、本発明の第6の実施の形態による直列二重動吸振器の模式図である。図30に描いた動吸振器301は、制振対象構造物の設置面340a上に設置された第一動吸振器310と、その上に載置された第二動吸振器320とから構成されている。
【0141】
図30に示すように、第一動吸振器310は、付加質量体311と、設置面340aと付加質量体311との間に配置されて付加質量体311を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素312とを含んでいる。バネ要素312としては、例えばコイルバネが用いられる。
【0142】
第二動吸振器320は、付加質量体311の上方に配置された付加質量体321と、付加質量体311と付加質量体321との間に配置されて付加質量体321を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素(弾性体)322及び減衰要素323と、付加質量体321の両横から水平にそれぞれ延出した支柱324と設置面340aとの間に配置されて付加質量体321を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素325及び減衰要素326とを含んでなる。バネ要素322、325としては、例えばコイルバネが用いられる。減衰要素323、326はダンパとして適切な減衰係数を有するものが用いられる。
【0143】
本実施の形態において、付加質量体311、321の質量、バネ要素312、322、325のばね定数、減衰要素323、326の減衰係数は、制振対象構造物のコンプライアンス又はアクセレランスの最大値を最小にするように最適化された値(つまり、付加質量体311の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも高く、付加質量体321の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも低くなるような値)となっている。また、バネ要素312として減衰係数ができるだけ小さくゼロに近いものを用いることが好ましい。また、付加質量体311の質量を付加質量体321よりも大きくし両者の質量比は総質量比に応じて変化させることが好ましい。このようにすることで、制振対象構造物の鉛直方向の振動が十分に抑制される。
【0144】
<第7の実施の形態>
図31は、本発明の第7の実施の形態による直列三重動吸振器の模式図である。図31に描いた動吸振器351は、制振対象構造物の設置面390a上に設置された第一動吸振器360と、その第一動吸振器360の上に載置された第二動吸振器370と、さらに第二動吸振器370の上に載置された第三動吸振器から構成されている。
【0145】
図31に示すように、第一動吸振器360は、付加質量体361と、設置面390aと付加質量体361との間に配置されて付加質量体361を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素362とを含んでいる。バネ要素362としては、例えばコイルバネが用いられる。
【0146】
第二動吸振器370は、付加質量体361の上方に配置された付加質量体371と、付加質量体361と付加質量体371との間に配置されて付加質量体371を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素(弾性体)372とを含んでなる。バネ要素372としては、例えばコイルバネが用いられる。
【0147】
第三動吸振器380は、付加質量体371の上方に配置された付加質量体381と、付加質量体371と付加質量体381との間に配置されて付加質量体381を鉛直方向に振動可能に支持するバネ要素(弾性体)382及び減衰要素383とを含んでなる。バネ要素382としては、例えばコイルバネが用いられる。減衰要素383はダンパとして適切な減衰係数を有するものが用いられる。
【0148】
本実施の形態において、付加質量体361、371、381の質量、バネ要素362、372、382のばね定数、減衰要素383の減衰係数は、制振対象構造物のコンプライアンス又はアクセレランスの最大値を最小にするように最適化された値(つまり、付加質量体361の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも高く、付加質量体371の単独系としての鉛直方向の固有振動数が付加質量体361の鉛直方向の固有振動数よりも高く、付加質量体381の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも低くなるような値)となっている。また、バネ要素362、372として減衰係数ができるだけ小さくゼロに近いものを用いることが好ましい。また、付加質量体361の質量を付加質量体371、381よりも大きくし、三者の質量比は総質量比に応じて変化させることが好ましい。このようにすることで、制振対象構造物の鉛直方向の振動が十分に抑制される。
【0149】
<第8の実施の形態>
図32は、本発明の第8の実施の形態による複合式動吸振器が設置された住宅の模式図である。図33は、図32の拡大図であって、(a)は複合式動吸振器の正面図であり、(b)は複合式動吸振器の側面図である。図32に示すように住宅400には、各階に天井399と床398とが設けられている。天井399と床398との間には鉛直方向の梁397が配置され、それらを連結している。この梁397には、本実施の形態による複合式動吸振器401が設置されている。複合式動吸振器401は、図33(a)、(b)に示すように梁397の中央位置に設けられた固定部396に固定された2組の第一動吸振器410、420と、その上に載置された4つの第二動吸振器430とから構成されている。
【0150】
図33(a)に示すように、2組の第一動吸振器410、420は、固定部396の両端面396aで固定されて互いに対称となるように配置されている2つのバネ要素(弾性体)412、422と、それらバネ要素412、422の両端部にそれぞれ設けられた4つの付加質量体411、421とを含んでいる。つまり、図33(b)に示すように一方のバネ要素422の両端部には、2つの付加質量体421がそれぞれ配置されており、1組の第一動吸振器420を構成している。また、他方のバネ要素412の両端部にも、2つの付加質量体411がそれぞれ配置されており、1組の第一動吸振器410を構成している。そして、2つのバネ要素412、422が固定部396で並列に固定されることで、これら第一動吸振器410、420が並列に配置されることになる。また、4つの付加質量体411、421は、それぞれに対応した位置のバネ要素412、422の端部を挟むようにして固定されている。また、2つのバネ要素412、422は、それぞれの付加質量体411、421を鉛直方向に振動可能に支持している。バネ要素412、422としては、例えば板ばねが用いられる。
【0151】
4つの第二動吸振器430は、それぞれの付加質量体411、421の上方に配置された付加質量体431と、それぞれの付加質量体411、421と付加質量体431との間に配置されてそれぞれの付加質量体431を鉛直方向に振動可能に支持する複数のバネ要素(弾性体)432及び減衰要素433とを含んでいる。複数のバネ要素432としては、例えばコイルバネが用いられる。また、複数の減衰要素433はダンパとして適切な減衰係数を有するものが用いられる。
【0152】
本実施の形態において、付加質量体411、421、431の質量、バネ要素412、422、432のばね定数、減衰要素433の減衰係数は、住宅400のコンプライアンスまたはアクセレランスの最大値を最小にするように最適化された値(つまり、付加質量体411の単独系としての鉛直方向の固有振動数が住宅400の鉛直方向の固有振動数よりも高く、付加質量体421の単独系としての鉛直方向の固有振動数が住宅400の鉛直方向の固有振動数よりも低く、付加質量体431の単独系としての鉛直方向の固有振動数が住宅400の鉛直方向の固有振動数よりも低くなるような値)となっている。また、バネ要素412、422として減衰係数ができるだけ小さくゼロに近いものを用いることが好ましい。また、4つの付加質量体411、421のそれぞれの質量を4つの付加質量体431のそれぞれの質量より大きくし、両者の質量比は総質量比に応じて変化させることが好ましい。このようにすることで、住宅400の鉛直方向の振動が十分に抑制される。
【0153】
<第9の実施の形態>
図34は、本発明の第9の実施の形態による複合式動吸振器の模式図であり、(a)は正面図であり、(b)は側面図である。図34(a)に描いた複合式動吸振器451は、上述と同様に制振対象構造物の天井449と床448との間に配置され、それらと連結する梁447の中央部に設置されている。複合式動吸振器451は、図34(a)、(b)に示すように梁447の中央位置に設けられた固定部446に固定された2組の第一動吸振器460、470と、その上に載置された4つの第二動吸振器480とから構成されている。
【0154】
図34(a)に示すように、2組の第一動吸振器460、470は、固定部446の両端面446aで固定されて互いに対称となるように配置されている2つのバネ要素(弾性体)462、472と、それらバネ要素462、472の両端部にそれぞれ設けられた4つの付加質量体461、471とを含んでいる。つまり、図34(b)に示すように一方のバネ要素472の両端部には、2つの付加質量体471がそれぞれ配置されており、1組の第一動吸振器470を構成している。また、他方のバネ要素462の両端部にも、2つの付加質量体461がそれぞれ配置されており、1組の第一動吸振器460を構成している。そして、2つのバネ要素462、472が固定部446で並列に固定されることで、これら第一動吸振器460、470が並列に配置されることになる。また、4つの付加質量体461、471は、それぞれに対応した位置のバネ要素462、472の端部を挟むようにして固定されている。また、2つのバネ要素462、472は、それぞれの付加質量体461、471を鉛直方向に振動可能に支持している。バネ要素462、472としては、例えば板ばねが用いられる。
【0155】
4つの第二動吸振器480は、それぞれの付加質量体461、471の上方に配置された付加質量体481と、それぞれの付加質量体461、471の上面から上方に向けて突出した1本の支柱484と、その支柱484の中央部から付加質量体481の下面と接続されるように配置されて付加質量体481を鉛直方向に振動可能に支持する複数のバネ要素(弾性体)482及び付加質量体481の下面に接続された部分のバネ要素482と付加質量体461、471との間に配置された減衰要素483とを含んでいる。バネ要素482としては、例えば板ばねが用いられる。減衰要素483はダンパとして適切な減衰係数を有するエラストマー(粘弾性体)が用いられる。
【0156】
本実施の形態において、付加質量体461、471、481の質量、バネ要素462、472、482のばね定数、減衰要素483の減衰係数は、制振対象構造物のコンプライアンスまたはアクセレランスの最大値を最小にするように最適化された値(つまり、付加質量体461の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも高く、付加質量体471の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも低く、付加質量体481の単独系としての鉛直方向の固有振動数が制振対象構造物の鉛直方向の固有振動数よりも低くなるような値)となっている。また、バネ要素462、472として減衰係数ができるだけ小さくゼロに近いものを用いることが好ましい。また、4つの付加質量体461、471のそれぞれの質量を4つの付加質量体481のそれぞれの質量より大きくし、両者の質量比は総質量比に応じて変化させることが好ましい。このようにすることで、制振対象構造物の鉛直方向の振動が十分に抑制される。
【0157】
<その他の実施の形態>
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の適用範囲は広く様々な実施の形態を想定することができる。したがって、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能である。基本的には、上述の第1又は第2の実施の形態のように、第一動吸振器の上に1つの第二動吸振器を載置したものが原型であるが、第3の実施の形態のように第二動吸振器が複数台に分割設置されていてもよい。もちろん、第4〜6の実施の形態のように第二動吸振器に接続されているバネ要素及び減衰要素が制振対象構造物に接続されていても良い。また、第3の実施の形態の第一動吸振器と第二動吸振器との間に、その第一動吸振器と同様な動吸振器を配置して直列三重動吸振器としも実施可能である。
【0158】
また、第7の実施の形態の第三動吸振器の上にさらに第四動吸振器を載置されているような構成でも実施可能である。また、第8又は第9の実施の形態のように、直列二重動吸振器を一つの制振対象構造物に並列に配置する構成だけでなく、直列三重動吸振器を一つの制振対象構造物に並列に配置する構成でも実施可能である。また、総質量比の範囲は0.02から0.2の範囲に限られず、この範囲外においても本発明を適用することは可能である。
【0159】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、パラメータ設定が比較的簡易であると共に制振対象構造物の振動抑制効果が大きい直列及び並列動吸振器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】付加質量体が2個の場合の本発明による動吸振器の模式図である。
【図2】本発明の動吸振器に係るパラメータの特性を説明するためのグラフである。
【図3】本発明の動吸振器における主系のコンプライアンス曲線の一例を描いたグラフである。
【図4】本発明の比較例の動吸振器における主系のコンプライアンス曲線の一例を描いたグラフである。
【図5】本発明の別の比較例の動吸振器における主系のコンプライアンス曲線の一例を描いたグラフである。
【図6】本発明及び従来技術の動吸振器におけるインパルス応答特性を描いたグラフである。
【図7】主系の固有振動数が変化したときに第一動吸振器に関するパラメータを変えずに第二動吸振器に関するパラメータのみを調整したときにおいて、調整前後の主系のコンプライアンス曲線を描いたグラフである。
【図8】減衰が存在する主系に対して、主系の減衰をゼロという条件で最適化された本発明の動吸振器を用いた場合のコンプライアンス曲線の一例を描いたグラフである。
【図9】主系に減衰が存在する条件でコンプライアンス最適化された場合の本発明の動吸振器に係るパラメータの特性を説明するためのグラフであり、(a)は第1の付加質量体と第2の付加質量体の各質量比の変化曲線の一例であり、(b)は第1の付加質量体と第2の付加質量体の各固有振動数の比の変化曲線の一例であり、(c)は第2の付加質量体の減衰比の変化曲線の一例である。
【図10】本発明の動吸振器における主系のコンプライアンス曲線の一例を描いたグラフである。
【図11】主系に減衰が存在する条件でアクセレランス最適化された場合の本発明の動吸振器に係るパラメータの特性を説明するためのグラフであり、(a)は第1の付加質量体と第2の付加質量体の各質量比の変化曲線の一例であり、(b)は第1の付加質量体と第2の付加質量体の各固有振動数の比の変化曲線の一例であり、(c)は第2の付加質量体の減衰比の変化曲線の一例である。
【図12】本発明の動吸振器における主系のアクセレランス曲線の一例を描いたグラフである。
【図13】主系に減衰が存在する条件でモビリティ最適化された場合の本発明の動吸振器に係るパラメータの特性を説明するためのグラフであり、(a)は第1の付加質量体と第2の付加質量体の各質量比の変化曲線の一例であり、(b)は第1の付加質量体と第2の付加質量体の各固有振動数の比の変化曲線の一例であり、(c)は第2の付加質量体の減衰比の変化曲線の一例である。
【図14】本発明の動吸振器における主系のモビリティ曲線の一例を描いたグラフである。
【図15】主系のコンプライアンス最適化、アクセレランス最適化、モビリティ最適化においての本発明の動吸振器における第2の付加質量体の減衰比の変化範囲を示すグラフである。
【図16】付加質量体が3個の場合の本発明による動吸振器の模式図である。
【図17】主系のコンプライアンス最適化においての本発明の動吸振器に係るパラメータの特性を説明するためのグラフである。
【図18】単一動吸振器、並列二重動吸振器及び本発明の直列二重動吸振器及び直列三重動吸振器における主系のコンプライアンス曲線の一例を描いたグラフである。
【図19】主系のアクセレランス最適化においての本発明の動吸振器に係るパラメータの特性を説明するためのグラフである。
【図20】単一動吸振器、並列二重動吸振器及び本発明の直列二重動吸振器及び直列三重動吸振器における主系のアクセレランス曲線の一例を描いたグラフである。
【図21】2個の付加質量体が直列に配置された動吸振器を2つ並列に配置された本発明による並列動吸振器の模式図である。
【図22】本発明の並列動吸振器に係るパラメータの特性を説明するためのグラフである。
【図23】単一動吸振器、並列二重動吸振器及び本発明の直列二重動吸振器及び並列動吸振器における主系のコンプライアンス曲線を描いたグラフである。
【図24】本発明の第1の実施の形態による直列二重動吸振器が設置された住宅の模式図である。
【図25】図24の拡大図であって、本発明の第1の実施の形態による直列二重動吸振器を描いた模式図である。
【図26】本発明の第2の実施の形態による直列二重動吸振器の模式図である。
【図27】本発明の第3の実施の形態による直列二重動吸振器の模式的な斜視図である。
【図28】本発明の第4の実施の形態による直列二重動吸振器の模式的な図である。
【図29】本発明の第5の実施の形態による直列二重動吸振器の模式的な図である。
【図30】本発明の第6の実施の形態による直列二重動吸振器の模式的な図である。
【図31】本発明の第7の実施の形態による直列三重動吸振器の模式的な図である。
【図32】本発明の第8の実施の形態による複合式動吸振器が設置された住宅の模式図である。
【図33】図32の拡大図であって、(a)は複合式動吸振器の正面図であり、(b)は複合式動吸振器の側面図である。
【図34】本発明の第9の実施の形態による複合式動吸振器の模式図であり、(a)は正面図であり、(b)は側面図である。
【符号の説明】
1 直列二重動吸振器
2 第一動吸振器
3 第二動吸振器
21 付加質量体(第1の付加質量体)
22 バネ要素
31 付加質量体(第2の付加質量体)
32 バネ要素
33 減衰要素[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dynamic vibration absorber used for suppressing vibration of a structure to be damped.
[0002]
[Prior art]
The dynamic vibration absorber has an additional mass added to the structure to be damped as the main system, and is used to suppress the vibration of many structures such as buildings, bridges, machines, vehicles, and ships. Used. A commonly used dynamic vibration absorber is a structure in which an additional mass body, a spring, and a damper are added as an additional system to a structure to be damped as a main system.
[0003]
As such a dynamic vibration absorber, a parallel multiple dynamic vibration absorber described in Non-Patent Document 1 is known. In this parallel multiple dynamic vibration absorber, n (n = 2, 3,...) Additional systems are installed in parallel on a structure to be damped as a main system. In addition, Non-Patent Document 2 describes a series dynamic vibration absorber as another dynamic vibration absorber. In this series dynamic vibration absorber, two additional systems are installed in series on a structure to be damped as a main system. According to these multiple dynamic vibration absorbers, it is possible to increase the effect of suppressing the vibration of the structure to be damped, which is the main system, as compared with the case where only one additional system is used.
[0004]
[Non-patent document 1]
Keiji Kamiya and three others, "Optimal Design Method for Multiple Dynamic Vibration Absorbers", Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), September 1996, Vol. 62, No. 601
[Non-patent document 2]
Satoshi Fujita and 5 others, "Study on Mass Damper for Building Damping with Secondary Mass", Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C Edition), July 1995, Vol. 61, No. 587
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the parallel multiple dynamic vibration absorber described in Non-Patent Document 1, setting of additional system parameters such as mass and spring constant is very complicated, and it is difficult to actually use it. Further, in the series dynamic vibration absorber described in Non-Patent Document 2, the parameters of the additional system have not been studied in detail, and the vibration of the structure to be damped cannot be sufficiently suppressed.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a dynamic vibration absorber in which parameter setting is relatively simple and the effect of suppressing vibration of the structure to be damped is large.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The dynamic vibration absorber of the present invention includes a first additional mass body connected to the structure to be damped via an elastic body, and a second additional mass body connected to the first additional mass body via another elastic body. And an additional mass body. Then, the natural frequency of the first additional mass body as a single system is set to a higher natural frequency than the natural frequency of the vibration suppression target structure, and the single system of the second additional mass body is set. Is set to a natural frequency lower than the natural frequency of the structure to be damped (claim 1).
[0008]
That is, the natural frequency of the structure to be damped is fM, The natural frequency of the first additional mass body as a single system is fm1, The natural frequency of the second additional mass body as a single system is fm2And when
fm1> FMAnd fm2<FM
Is set to be Such setting can be realized relatively easily by adjusting the mass and the spring constant of the first and second additional mass bodies, and as will be understood from the embodiments described later, the compliance of vibration (a function of displacement response to input: compliance, acceleration (function of acceleration response to input: accelerance) or mobility (function of speed response to input: mobility) can be sufficiently reduced, and the effect of suppressing vibration of the structure to be damped is large.
[0009]
Note that the direction of the vibration may be any of the XYZ axial directions, or may be the rotation direction around any of the axes.
[0010]
In the dynamic vibration absorber according to the present invention, the damping ratio of the second additional mass body is set such that at least one of compliance, acceleration, and mobility of vibration of the structure to be damped is optimized. (Claim 2). According to this, it is possible to sufficiently reduce at least one of the compliance, the acceleration, and the mobility of the vibration of the structure to be damped, and to obtain the effect of suppressing the vibration of the structure to be damped.
[0011]
Further, in the dynamic vibration absorber according to the present invention, the attenuation ratio of the second additional mass body is = 2 = a × ubWhen represented by -c, it is preferable that a> 0.80, b> 0.32, and c <0.08 (claim 3). Here, u is a ratio (total mass ratio) of the mass of the first and second additional mass bodies to the mass of the damping target structure.
[0012]
According to this, an approximate expression of the damping ratio ζ2 of the second additional mass body according to the damping of the damping target structure is shown, so that the optimum damping ratio ζ2 can be calculated and selected. As a result, an optimal value of a parameter that can sufficiently reduce at least one of vibration compliance, acceleration, and mobility is obtained.
[0013]
In the present invention, the first and second additional mass bodies are each capable of natural vibration in two or more different directions same as the vibration damping target structure, and the first additional mass body is a single system of the first additional mass body. The two or more natural frequencies are each set to a higher natural frequency than the corresponding natural frequency of the vibration suppression target structure, and the two or more natural frequencies as a single system of the second additional mass body May be set to natural frequencies lower than the corresponding natural frequencies of the structure to be damped (claim 4). In this case, the same vibration damping effect as described above can be obtained in each direction.
[0014]
In addition, the direction of vibration may be two or more axial directions of XYZ, may be a rotational direction around two or more axes, or may be an axial direction and a rotational direction around the axis. They may be combined.
[0015]
In another aspect, the dynamic vibration absorber according to the present invention includes a first additional mass body connected to the vibration damping target structure via an elastic body and the first additional mass body via another elastic body. A second additional mass body is connected, and a third additional mass body is further connected to the second additional mass body via another elastic body. The natural frequency of the first additional mass body as a single system is set to a higher natural frequency than the natural frequency of the structure to be damped, and the second additional mass body as a single system is set as a single system. The natural frequency of the first additional mass body is set to a higher natural frequency than the natural frequency of the single additional mass body as a single system, and the natural frequency of the third additional mass body as a single system is the vibration control target. The natural frequency is set to be lower than the natural frequency of the structure (claim 5).
[0016]
That is, the number of additional mass bodies connected in series is not limited to two, but may be three. At this time, the natural frequency of the structure to be damped is fM, The natural frequency of the first additional mass body as a single system is fm1, The natural frequency of the second additional mass body as a single system is fm2, The natural frequency of the third additional mass body as a single system is fm3, And
fm1> FM, Fm1<Fm2And fm3<FM
Is set to be Such a setting is relatively simple, and the effect of suppressing the vibration of the damping target structure is greater when the number of the additional mass bodies is three than when the number is two.
[0017]
In the present invention, the first to third additional mass bodies are each capable of natural vibration in two or more different directions same as the vibration suppression target structure, and the first additional mass body is a single system of the first additional mass body. The two or more natural frequencies are respectively set to higher natural frequencies than the corresponding natural frequencies of the vibration suppression target structure, and the two or more natural frequencies as a single system of the second additional mass body are The first additional mass body is set to a higher natural frequency than a corresponding natural frequency as a single system, and the two or more natural frequencies as a single system of the third additional mass body are the same as the above. The natural frequencies may be set to lower natural frequencies than the corresponding natural frequencies of the structure to be damped (claim 6). In this case, the same vibration damping effect as described above can be obtained in each direction.
[0018]
Note that, similarly to the case where the number of the additional mass bodies is two, the vibration direction may be two or more axial directions of XYZ, a rotation direction about two or more axes, or The directional vibration and the rotational vibration around the axis may be combined.
[0019]
Further, in the dynamic vibration absorber of the present invention, it is preferable that substantially no damping action is exerted between the structure to be damped and the first additional mass body. According to this, the damping effect is further increased.
[0020]
In the present invention, it is preferable that the mass of the first additional mass is larger than the mass of the second additional mass. According to this, the vibration damping effect is further increased, and the adjustment becomes easy.
[0021]
In another aspect, a dynamic vibration absorber according to the present invention is a parallel dynamic vibration absorber including the two dynamic vibration absorbers described above, wherein one of the first additional mass bodies of one of the dynamic vibration absorbers is a single system. Is set to a natural frequency lower than the natural frequency of the structure to be damped, and the natural frequency of the other dynamic vibration absorber as a single system of the first additional mass body is controlled by the natural frequency. The natural frequency is set to be higher than the natural frequency of the structure to be vibrated (claim 9).
[0022]
That is, a parallel dynamic vibration absorber in which the above-described dynamic vibration absorbers in which the additional mass bodies are connected in series are connected in parallel may be used. At this time, the natural frequency of the structure to be damped is fM, The natural frequency of one of the first additional mass bodies as a single system is fm21, The natural frequency of the other first additional mass body as a single system is fm11, And
fm11> FM, Fm21<FM
Is set to be Such a setting is relatively simple, and the effect of suppressing the vibration of the target structure is large.
[0023]
<Optimal design: Series double dynamic vibration absorber>
FIG. 1 is a schematic view of a dynamic vibration absorber in the case where the number of additional mass bodies according to the present invention is two. In FIG. 1, the structure to be damped (mass M) is supported on the ground via a spring (spring constant K) and a damper (damping coefficient C) in a state capable of vibrating in the vertical direction (displacement x). Further, the first additional mass body (mass m1) is supported by the damping target structure via a spring (spring constant k1) and a damper (damping coefficient c1) in a state capable of vibrating in the vertical direction (displacement y1). The second additional mass body (mass m2) is connected to the first additional mass body via a spring (spring constant k2) and a damper (damping coefficient c2) in a state where it can vibrate in the vertical direction (displacement y2). Supported. In other words, two dynamic vibration absorbers (the first dynamic vibration absorber close to the main system and the second dynamic vibration absorber connected to this) are connected in two stages in series with the structure to be damped. Has become.
[0024]
In the following description, as shown in equations (1) to (3), the total mass ratio (ratio of mass (m1 + m2) to mass M) is u, and the mass ratio of masses m1 and m2 to mass M is u1. , U2 (u = u1 + u2).
[0025]
(Equation 1)
Figure 2004239323
[0026]
The equations of motion of the damping target structure and the first and second additional mass bodies shown in FIG. 1 indicate that the external force acting on the main system is represented by f (= F0sin ωt) are expressed as in the following equations (4) to (6).
[0027]
(Equation 2)
Figure 2004239323
[0028]
By the way, the design of the dynamic vibration absorber is to determine the mass, the spring constant, and the damping coefficient of the dynamic vibration absorber. In the case of a dynamic vibration absorber having only one ordinary additional system, when the mass of the dynamic vibration absorber (mass ratio to the main system) is determined, two parameters of a spring constant and a damping coefficient may be determined. In the series double dynamic vibration absorber, after determining the total mass ratio described above, the internal mass ratio (u1 / u) between the first dynamic vibration absorber and the second dynamic vibration absorber, the spring constant and the damping coefficient of each dynamic vibration absorber Must be obtained.
[0029]
As one method of optimally determining these parameters, a method of finding a parameter that minimizes the maximum value of the compliance of the structure to be damped, which is the main system, is used. However, since such optimized parameters cannot be determined as analytical solutions of equations (4) to (6), the total mass ratio is in the range of 0.02 to 0.2 (just the practical range). Table 1 shows the results obtained as numerical calculation solutions in the above range. The parameters to be obtained are the mass ratio (mass ratio ratio) u1 / u of m1 to m1 + m2 when the total mass ratio is determined, the spring constant and the damping coefficient of each dynamic vibration absorber.
[0030]
In Table 1, the natural frequency f in the vertical direction as a single system of the first and second additional mass bodies is used instead of the spring constant and the damping coefficient of each additional mass body.m1, Fm2And the natural frequency f in the vertical direction as a single system of the damping target structureMPi (p1, p2: each represented by the formula (7)) and the damping ratio ζi (ζ1, ζ2: each represented by the formula (8)) as a single system of the first and second additional mass bodies. Is performed).
[0031]
[Table 1]
Figure 2004239323
[0032]
(Equation 3)
Figure 2004239323
[0033]
As can be seen from Table 1, when the total mass ratio is in the range of 0.02 to 0.2, the optimum natural frequency ratio p1 is slightly larger than 1 (p1> 1), and the optimum natural frequency ratio p2 is Slightly smaller than 1 (p2 <1), the optimum damping ratio ζ1 is substantially zero. Also, the optimum mass ratio u1 / u decreases as the total mass ratio increases. FIG. 2 is a graph for explaining the characteristics shown in Table 1, and FIG. 2A shows how the optimum mass ratio u1 / u decreases as the total mass ratio increases. . FIG. 2B shows how the optimum mass ratios u1 and u2 increase as the total mass ratio increases. FIG. 2C shows how the optimum ratio p1 increases and the ratio p2 decreases and the optimum damping ratio ζ2 increases as the total mass ratio increases.
[0034]
It should be noted that a similar result can be obtained as a parameter characteristic even when the optimum parameter is determined under the condition that the maximum values of the acceleration and the mobility are minimized.
[0035]
<Vibration control performance>
Normal dynamic absorber with only one additional system (single dynamic absorber), parallel dynamic absorber with two additional systems (parallel double dynamic absorber), parallel dynamic absorber with four additional systems (parallel) For each of the quadruple dynamic vibration absorber, the parallel dynamic vibration absorber with six additional systems (parallel hexadynamic vibration absorber), and the series double dynamic vibration absorber shown in FIG. The maximum value of the compliance of the structure to be damped when the parameters are optimized such that the maximum value of the compliance is minimized under the condition that the total mass ratio is in the range of 0.02 to 0.2 is obtained by numerical calculation. Table 2 shows the results. As can be seen from Table 2, according to the series double dynamic vibration absorber shown in FIG. 1, the compliance can be suppressed to a value equal to or higher than that of the parallel six dynamic vibration absorber. The vibration damping effect of the series double dynamic vibration absorber at a total mass ratio of 5% is equivalent to the vibration damping effect of a single dynamic vibration absorber at a mass ratio of 8.25%, and the series double vibration absorber at a total mass ratio of 10%. The vibration damping effect of the dynamic vibration absorber corresponds to the vibration damping effect of a single dynamic vibration absorber at a mass ratio of 16.5%. Thus, the series dynamic vibration absorber of the present invention has an excellent vibration damping effect.
[0036]
[Table 2]
Figure 2004239323
[0037]
<Comparative Example 1>
FIG. 3 is an example of the compliance curve of the main system when the parameter determined under the above-described optimization condition of minimizing the maximum value of compliance (total mass ratio: 5%). At this time, as shown in FIG. 3, the compliance curve has three maximum values corresponding to the three degrees of freedom of the main system and the two additional systems, and these maximum values are equal. In FIG. 3, Frequency Ratio (frequency ratio) 1 corresponds to the natural frequency of the main system.
[0038]
Next, when only the natural frequency ratios p1 and p2 fluctuate from the optimum state (that is, p1 <1 and p2> 1, p1 <1 and p2 = 1, p1 = 1 and p2 = 1 or p1 = 1 and p2> 1 (when other parameters do not change), how the compliance curve changes will be described. Table 3 shows the parameters at this time.
[0039]
[Table 3]
Figure 2004239323
[0040]
As a result of the numerical calculation, the compliance curves in each case shown in Table 3 were as shown in FIGS. 4 (a) is p1 <1 and p2> 1, FIG. 4 (b) is p1 <1 and p2 = 1, FIG. 4 (c) is p1 = 1 and p2 = 1, and FIG. 4 (d) is 9 is a diagram illustrating compliance curves when p1 = 1 and p2> 1. As can be seen from this result, when p1> 1 and p2 <1 are not satisfied, the maximum value of the compliance cannot be sufficiently reduced, and the vibration damping effect of the series double dynamic vibration absorber decreases. .
[0041]
<Comparative Example 2>
Next, when the ratios p1 and p2 fluctuate from the optimal state and other parameters can be re-optimized accordingly (that is, p1 <1 (p1 = 0.975) and p2> due to the existence of the optimal state). 1 (p2 = 1.025), p1 <1 (p1 = 0.975) and p2 = 1, p1 = 1 and p2 = 1, p1 = 1 and p2> 1 (p2 = 1.025) and other parameters Is re-optimized), how the compliance curve changes.
[0042]
As a result of the numerical calculation, other parameters are re-optimized as shown in Table 4. Note that if p1 <1 (p1 = 0.975) and p2> 1 (p2 = 1.025), re-optimization cannot be performed, so p1 = 0.959 and p2 = 1.005 Parameters were re-optimized. In each case, the compliance curves were as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d). 5 (a) is p1 <1 and p2> 1, FIG. 5 (b) is p1 <1 and p2 = 1, FIG. 5 (c) is p1 = 1 and p2 = 1, and FIG. 9 is a diagram illustrating compliance curves when p1 = 1 and p2> 1.
[0043]
As can be seen from this result, when p1> 1 and p2 <1 are not satisfied, even if other parameters can be reoptimized, the maximum value of the compliance can be sufficiently improved although it is improved as compared with the case of FIG. It cannot be reduced in size, and the vibration damping effect of the series double dynamic vibration absorber is reduced.
[0044]
[Table 4]
Figure 2004239323
[0045]
<Acceleration>
For each of the single dynamic damper, parallel double dynamic damper, parallel quadruple dynamic damper, and series double dynamic damper shown in Fig. 1, the maximum acceleration is provided under the condition that the damping of the structure to be damped is zero. Table 5 shows the maximum value of the acceleration of the damping target structure obtained by numerical calculation in the case where the total mass ratio is in the range of 0.02 to 0.2 when the parameter is optimized to minimize the value. It is.
[0046]
As can be seen from Table 5, according to the series double dynamic vibration absorber shown in FIG. 1, the acceleration can be suppressed to a value equal to or more than that of the parallel quadruple dynamic vibration absorber. In addition, when the vibration damping effect of the series dynamic damper at a total mass ratio of 5% is compared with the vibration damping effect of the single dynamic damper, the resonance peak value is reduced by 20.32%.
[0047]
[Table 5]
Figure 2004239323
[0048]
<Impulse response>
FIG. 6 shows the respective impulse responses when the single dynamic vibration absorber, the parallel double dynamic vibration absorber, and the series double dynamic vibration absorber shown in FIG. 1 are used when the total mass ratio is 5%. 6A corresponds to the main system, FIG. 6B corresponds to the first dynamic vibration absorber, and FIG. 6C corresponds to the second dynamic vibration absorber. Referring to FIG. 6A, in the impulse response of the main system, although the vibration damping effect in the first cycle of the series double dynamic vibration absorber is hardly observed, two cycles of the series double dynamic vibration absorber are used. The subsequent vibration waveform has a more remarkable vibration damping effect than the parallel double dynamic vibration absorber.
[0049]
Referring to FIG. 6B, the impulse response of the first dynamic vibration absorber of the series double dynamic vibration absorber is not much different from other dynamic vibration absorbers, and referring to FIG. It can be seen that the impulse response of the second dynamic vibration absorber is larger than that of the parallel double dynamic vibration absorber. Thus, it can be said that the increase in the motion of the additional system indicates the effect of the series double dynamic vibration absorber according to the present invention.
[0050]
<Adjustment of dynamic vibration absorber>
Generally, when the natural frequency of the main system changes, the spring coefficient and the damping coefficient of the dynamic vibration absorber must be adjusted in order to maintain the optimal effect of the dynamic vibration absorber. As described above, in the case of the series double dynamic vibration absorber according to the present invention, since the damping ratio of the first dynamic vibration absorber is set to be extremely small, no special damping performance is required. It is easier to adjust than the parallel double dynamic vibration absorber and the parallel quadruple vibration absorber. Further, the series double dynamic vibration absorber according to the present invention also has a feature that when the natural frequency of the main system changes, the optimum state can be restored only by adjusting the second dynamic vibration absorber. In an optimal state, the mass of the second dynamic vibration absorber is considerably smaller than the mass of the first dynamic vibration absorber, so that only the parameters of the second dynamic vibration absorber need to be adjusted greatly reduces the actual work load.
[0051]
The fact that the optimum state can be restored only by adjusting the second dynamic vibration absorber will be described with reference to data below. Table 6 shows the results when only the parameters relating to the second dynamic vibration absorber were adjusted without changing the parameters relating to the first dynamic vibration absorber when the natural frequency of the main system changed from 0.90 to 1.02. . FIG. 7 compares the compliance curves of the main system before and after the adjustment.
[0052]
[Table 6]
Figure 2004239323
[0053]
From Table 6 and FIG. 7, it can be seen that, as the natural frequency of the main system becomes smaller than the original frequency, good results can be obtained in which the vibration damping effect hardly changes by increasing the mass of the second dynamic vibration absorber. I understand. However, when the natural frequency of the main system becomes higher than the original frequency, the mass ratio of the second dynamic vibration absorber must be reduced, and the vibration damping effect at this time is slightly deteriorated. If the natural frequency of the main system becomes higher than the frequency of the first dynamic vibration absorber, there is a possibility that a sufficient vibration damping effect cannot be obtained only by adjusting the parameters relating to the second dynamic vibration absorber.
[0054]
<Comparison between the case where the damping of the damping target structure is zero and the case where there is damping>
In the above-described series double dynamic vibration absorber, the compliance and the acceleration of the damping target structure when the parameters are optimized under the condition that the damping of the damping target structure is zero have been described. When there is attenuation in the target structure, the three extreme values in the compliance curve do not become substantially equal as shown in FIG. In other words, when a parameter optimized under the condition that the damping of the damping target structure is zero is adopted for a damping target structure having a damping of 5%, for example, a compliance curve as shown in FIG. The three extrema in the curve are not equal, and the optimized parameters are not optimal for the structure to be damped where there is damping.
[0055]
<Compliance optimization>
Next, a description will be given of the optimization of compliance in the case where damping is present in the structure to be damped. The damping of a general structure to be damped for which a series double dynamic vibration absorber is to be installed is small, and the effect of adding damping is high because the damping of the structure to be damped is about 6% or less. Considered an area. Therefore, for the compliance optimization when the attenuation existing in the damping target structure is changed from 0 to 6%, the change range of the parameter of the series double dynamic vibration absorber is calculated.
[0056]
FIG. 9 shows the characteristics of the parameters of each mass body in the compliance optimization when the damping of the structure to be damped changes from 0 to 6%, and (a) shows the first additional mass body and It is an example of the change curve of each mass ratio of a 2nd additional mass body, (b) is an example of the change curve of the ratio of each natural frequency of a 1st additional mass body and a 2nd additional mass body. (C) is an example of a change curve of the attenuation ratio of the second additional mass body. The change range of the change curve in FIG. 9 is shown in the range of 0.005 to 0.2 in terms of the total mass ratio.
[0057]
As shown in FIG. 9A, in each of the change curves, as the attenuation of the structure to be damped increases, the mass ratio u1 of the first additional mass body tends to decrease, and the mass ratio u1 of the second additional mass body increases. The mass ratio u2 tends to increase. Equation (9) of the change curve of the mass ratio u2 of the second additional mass body is obtained as an approximate equation from FIG. 9A, and the parameter of the mass ratio u2 of the second additional mass body is obtained from Equation (9). , The mass ratio u1 of the first additional mass body can be obtained from u1 = u−u2. Here, ζ is the damping ratio of the structure to be damped.
[0058]
(Equation 4)
Figure 2004239323
[0059]
As shown in FIG. 9B, in each of the change curves, as the damping of the structure to be damped increases, the ratio p1 of the natural frequency of the first additional mass body tends to decrease, and the second additional mass The natural frequency ratio p2 of the mass body also tends to decrease. Equations (10) and (11) of the change curves of the first and second additional mass bodies are similarly obtained as approximate equations from FIG. 9B, and the first and second equations are obtained from Equations (10) and (11). The parameters of the ratios p1 and p2 of the natural frequencies of the two additional mass bodies are obtained.
[0060]
(Equation 5)
Figure 2004239323
[0061]
As shown in FIG. 9C, in each of the change curves, as the attenuation of the structure to be damped increases, the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body increases. The attenuation ratio ζ1 of the first additional mass body is substantially zero as described above. Equation (12) of the change curve of the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body is similarly obtained as an approximate equation from FIG. 9C, and the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body is obtained from Equation (12). Can be
[0062]
(Equation 6)
Figure 2004239323
[0063]
As shown in FIG. 9, the range of change of the parameters of the series double dynamic vibration absorber when the damping of the structure to be damped changes from 0 to 6% is obtained and an approximate expression is obtained, whereby the damping of the structure to be damped is obtained. It is possible to calculate and select the optimum value of the parameter of the series double dynamic vibration absorber according to the above. For example, it was determined under the optimization condition of minimizing the maximum value of the compliance when the damping ratio の of the structure to be damped is 5% and the total mass ratio u of the series double dynamic vibration absorber is 5%. The parameters are shown in Table 7, and the compliance curve of the main system when the parameters are adopted is shown in FIG. The three extreme values in the compliance curve shown in FIG. 10 are almost equal, and the parameters of the series double dynamic vibration absorber can be said to be optimal values as compared with FIG.
[0064]
[Table 7]
Figure 2004239323
[0065]
<Acceleration optimization>
Subsequently, a change range of the parameter of the series double dynamic vibration absorber is calculated for the optimization of the acceleration when the attenuation existing in the damping target structure is changed from 0 to 6%.
[0066]
11A and 11B show characteristics of parameters of each mass body in the acceleration optimization when the attenuation of the structure to be damped changes from 0 to 6%, and FIG. 11A shows the first additional mass body. FIG. 7B is an example of a change curve of each mass ratio of the first and second additional mass bodies, and FIG. 7B is an example of a change curve of a ratio of each natural frequency of the first additional mass body and the second additional mass body. FIG. 6C is an example of a change curve of the attenuation ratio of the second additional mass body. The change range of the change curve in FIG. 11 is shown in the range of 0.005 to 0.2 in the total mass ratio.
[0067]
As shown in FIG. 11A, in each of the change curves, as the attenuation of the structure to be damped increases, the mass ratio u1 of the first additional mass body tends to decrease, and the mass ratio u1 of the second additional mass body increases. The mass ratio u2 tends to increase. Equation (13) of the change curve of the mass ratio u2 of the second additional mass body is obtained as an approximate equation from FIG. 11A, and the parameter of the mass ratio u2 of the second additional mass body is obtained from Equation (13). , The mass ratio u1 of the first additional mass body can be obtained from u1 = u−u2.
[0068]
(Equation 7)
Figure 2004239323
[0069]
As shown in FIG. 11 (b), in each of the change curves, as the damping of the structure to be damped increases, the ratio p1 of the natural frequency of the first additional mass body tends to increase, and the second additional mass increases. The ratio p2 of the natural frequencies of the mass body also tends to increase. Equations (14) and (15) of the change curves of the first and second additional mass bodies are similarly obtained as approximate equations from FIG. 11B, and the first and second equations are obtained from Equations (14) and (15). The parameters of the ratios p1 and p2 of the natural frequencies of the two additional mass bodies are obtained.
[0070]
(Equation 8)
Figure 2004239323
[0071]
As shown in FIG. 11C, in each of the change curves, as the attenuation of the damping target structure increases, the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body increases. The attenuation ratio ζ1 of the first additional mass body is substantially zero as described above. Equation (16) of the change curve of the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body is similarly obtained as an approximate expression from FIG. 11C, and the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body is obtained from Equation (16). Can be
[0072]
(Equation 9)
Figure 2004239323
[0073]
FIG. 11 shows the range of change of the parameters of the series double dynamic vibration absorber when the damping of the structure to be damped changes from 0 to 6%, and an approximate expression is obtained, whereby the damping of the structure to be damped is obtained. It is possible to calculate and select the optimum value of the parameter of the series double dynamic vibration absorber according to the above. For example, when the damping ratio の of the structure to be damped is 5% and the total mass ratio u of the in-line dual dynamic vibration absorber is 5%, the damping ratio is determined under the optimization condition of minimizing the maximum value of the acceleration. Table 8 shows the parameters obtained, and FIG. 12 shows an acceleration curve of the main system when the parameters are adopted. The three extreme values in the acceleration curve shown in FIG. 12 are almost equal, and the parameters of the series double dynamic vibration absorber can be said to be optimum values.
[0074]
[Table 8]
Figure 2004239323
[0075]
<Mobility optimization>
Subsequently, for mobility optimization when the attenuation existing in the damping target structure is changed from 0 to 6%, a change range of the parameter of the series double dynamic vibration absorber is calculated.
[0076]
FIG. 13 shows the characteristics of the parameters of each mass body in the mobility optimization when the damping of the structure to be damped changes from 0 to 6%. It is an example of the change curve of each mass ratio of a 2nd additional mass body, (b) is an example of the change curve of the ratio of each natural frequency of a 1st additional mass body and a 2nd additional mass body. (C) is an example of a change curve of the attenuation ratio of the second additional mass body. The change range of the change curve in FIG. 13 is shown in the range of 0.005 to 0.2 in total mass ratio.
[0077]
As shown in FIG. 13A, in each of the change curves, as the attenuation of the damping target structure increases, the mass ratio u1 of the first additional mass body tends to decrease, and the mass ratio u1 of the second additional mass body increases. The mass ratio u2 tends to increase. Equation (17) of the change curve of the mass ratio u2 of the second additional mass body is obtained as an approximate equation from FIG. 13A, and the parameter of the mass ratio u2 of the second additional mass body is obtained from Equation (17). , The mass ratio u1 of the first additional mass body can be obtained from u1 = u−u2.
[0078]
(Equation 10)
Figure 2004239323
[0079]
As shown in FIG. 13 (b), in each of the change curves, as the damping of the structure to be damped increases, the ratio p1 of the natural frequency of the first additional mass body tends to increase, and the second additional mass increases. The natural frequency ratio p2 of the mass body tends to decrease. Equations (18) and (19) of the change curves of the first and second additional mass bodies are similarly obtained as approximate equations from FIG. 13B, and the first and second equations are obtained from Equations (18) and (19). The parameters of the ratios p1 and p2 of the natural frequencies of the two additional mass bodies are obtained.
[0080]
(Equation 11)
Figure 2004239323
[0081]
As shown in FIG. 13C, in each of the change curves, as the attenuation of the structure to be damped increases, the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body increases. The attenuation ratio ζ1 of the first additional mass body is substantially zero as described above. Expression (20) of the change curve of the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body is similarly obtained as an approximate expression from FIG. 13C, and the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body is obtained from Expression (20). Can be
[0082]
(Equation 12)
Figure 2004239323
[0083]
As shown in FIG. 13, the range of change of the parameters of the series double dynamic vibration absorber when the attenuation of the structure to be damped changes from 0 to 6% is obtained and an approximate expression is obtained, whereby the attenuation of the structure to be damped is obtained. It is possible to calculate and select the optimum value of the parameter of the series double dynamic vibration absorber according to the above. For example, a parameter determined under the optimization condition of minimizing the maximum value of mobility when the damping ratio の of the damping target structure is 5% and the total mass ratio u of the dual dynamic vibration absorber is 5%. Is shown in Table 9, and the mobility curve of the main system when the parameter is adopted is shown in FIG. The three extreme values in the mobility curve shown in FIG. 14 are almost equal, and the parameters of the series double dynamic vibration absorber can be said to be optimal values.
[0084]
[Table 9]
Figure 2004239323
[0085]
As described above, the first additional mass body and the first additional mass body in three optimizations (compliance optimization, acceleration optimization, and mobility optimization) when the damping of the structure to be damped changes from 0 to 6%. The change tendency of the mass ratios u1 and u2 of the second additional mass body and the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body becomes similar, and the change width (the respective changes in the compliance optimization, the acceleration optimization and the mobility optimization). There is no significant difference in the width due to the deviation of the curve. On the other hand, although the changing tendency of the ratio of the natural frequencies of the first additional mass body and the second additional mass body is different, the ratio of the natural frequencies of the first additional mass body is always larger than 1, and The ratio of the natural frequencies of the additional mass is always less than one.
[0086]
FIG. 15 shows an example of a change curve of the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body in the three optimizations when the attenuation of the structure to be damped changes from 0 to 6%. Within the range surrounded by the change curve, the attenuation ratio 32 of the second additional mass body by the three optimizations exists. From FIG. 15, an approximate expression (21) for obtaining the damping ratio ζ2 min of the second additional mass body when the damping of the structure to be damped is 0% is obtained. An approximate expression (22) for obtaining the attenuation ratio ζ2max of the additional mass body is obtained. Therefore, it is possible to obtain the attenuation ratio ζ2 of the second additional mass body when the attenuation of the structure to be damped changes from 0 to 6%. In the present invention, the attenuation ratio ζ2 that can sufficiently reduce at least one of the compliance, the acceleration, and the mobility of the main system is determined by the expression (21) or (22) described above. Not limited. For example, the attenuation ratio of the second additional mass body is ζ2 = a × ubWhen indicated by -c, a is greater than 0.80 (a> 0.80), b is greater than 0.32 (b> 0.32), and c is less than 0.08 (c <0 .08), it is possible to obtain an attenuation ratio ζ2 capable of sufficiently reducing at least one of compliance, acceleration, and mobility of the main system.
[0087]
(Equation 13)
Figure 2004239323
[0088]
<Optimal design: Series triple dynamic vibration absorber>
Subsequently, FIG. 16 is a schematic view of a dynamic vibration absorber in the case where the number of the additional mass bodies according to the present invention is three. In FIG. 16, in a state where the third additional mass body (mass m3) can vibrate in the vertical direction (displacement y3), the above-described series double dynamic vibration absorption is performed via a spring (spring constant k3) and a damper (damping coefficient c3). It is supported by the second additional mass body of the vessel, and is configured to be connected in three stages in series with the structure to be damped. That is, in the series triple dynamic vibration absorber, one dynamic vibration absorber (third dynamic vibration absorber) is connected to the second dynamic vibration absorber of the series double dynamic vibration absorber described above. In addition, about the thing similar to the above-mentioned series double dynamic vibration absorber, the same code | symbol is shown and description is abbreviate | omitted.
[0089]
In the following description, the total mass ratio (the ratio of the mass (m1 + m2 + m3) to the mass M) is u, and the mass ratio of the masses m1, m2, and m3 to the mass M is as shown in Expressions (23) and (24). Let u1, u2, u3 (u = u1 + u2 + u3) respectively.
[0090]
[Equation 14]
Figure 2004239323
[0091]
The equation of motion of the damping target structure, the first, second, and third additional mass bodies shown in FIG. 16 indicates that the external force acting on the main system is represented by f (= F0(sin ωt) are represented by the above-described equations (4) and (5), and the following equations (25) and (26), respectively.
[0092]
[Equation 15]
Figure 2004239323
[0093]
In the design of the series triple dynamic vibration absorber, after the total mass ratio u is determined as described above, the internal mass ratio (u1 / u, u2 //) of the first dynamic vibration absorber, the second dynamic vibration absorber, and the third dynamic vibration absorber is determined. u), eight parameters must be determined: the spring constant and the damping coefficient of each dynamic vibration absorber.
[0094]
As described above, since the parameter for minimizing the maximum value of the compliance of the structure to be damped, which is the main system, cannot be determined as an analytical solution, the total mass ratio is in the range of 0.02 to 0.2. Table 10 shows the results obtained as numerical calculation solutions. The parameters to be determined are the mass ratio of m1 to m1 + m2 + m3 (mass ratio ratio) u1 / u, the mass ratio of m2 to m1 + m2 + m3 (mass ratio ratio) u2 / u when the total mass ratio is determined, Spring constant and damping coefficient.
[0095]
In Table 10, in place of the spring constant and the damping coefficient of each additional mass body, the vertical natural frequency f as a single system of the first, second, and third additional mass bodies is used.m1, Fm2, Fm3And the natural frequency f in the vertical direction as a single system of the damping target structureM(P1, p2, p3: each represented by the formula (7)), and the damping ratio ζi (ζ1, ζ2, ζ3: as a single system of the first, second, and third additional mass bodies). (Each represented by equation (8)). Further, the mass ratios (mass ratio ratios) u1 / u and u2 / u are not shown in Table 10.
[0096]
[Table 10]
Figure 2004239323
[0097]
As can be seen from Table 10, when the total mass ratio is in the range of 0.02 to 0.2, the optimum natural frequency ratio p1 is slightly larger than 1 (p1> 1), and the optimum natural frequency ratio p2 is The natural frequency ratio p1 is slightly higher than the natural frequency ratio p1 (p1 <p2), the optimum natural frequency ratio p3 is slightly lower than 1 (p3 <1), and the optimum damping ratios ζ1 and ζ2 are substantially zero. FIG. 17 is a graph for explaining the characteristics shown in Table 10, and FIG. 17A shows how the optimum mass ratios u1, u2, and u3 increase as the total mass ratio increases. ing. FIG. 17B shows how the optimum ratios p1 and p2 increase as the total mass ratio increases, the ratio p3 decreases, and the optimum damping ratio ζ3 increases.
[0098]
Note that, even when the optimum parameter is determined under the condition that the maximum value of the acceleration is minimized, similar results can be obtained as described later as the characteristic of the parameter.
[0099]
<Vibration control performance>
Normal dynamic absorber with only one additional system (single dynamic absorber), parallel dynamic absorber with two additional systems (parallel double dynamic absorber), parallel dynamic absorber with four additional systems (parallel) A quadruple dynamic vibration absorber), a parallel dynamic vibration absorber with six additional systems (parallel hexadynamic vibration absorber), a series double dynamic vibration absorber shown in FIG. 1, and a series triple dynamic vibration absorber shown in FIG. , The maximum value of the compliance of the structure to be damped when the parameter is optimized such that the maximum value of the compliance is minimized under the condition that the attenuation is zero is defined as the total mass ratio in the range of 0.02 to 0.2. Table 11 shows the results obtained by numerical calculation in Table 1. As can be seen from Table 11, the maximum compliance can be suppressed to a smaller value than the serial double dynamic vibration absorber according to the series triple dynamic vibration absorber illustrated in FIG. As described above, the series triple dynamic vibration absorber of the present invention has a more excellent vibration damping effect.
[0100]
[Table 11]
Figure 2004239323
[0101]
<Comparative example>
FIG. 18 is an example of the compliance curve of the main system (total mass ratio 5%) when the parameter determined under the above-described optimization condition of minimizing the maximum value of the compliance is adopted. At this time, as shown in FIG. 18, the compliance curve has four maximum values corresponding to the three degrees of freedom of the main system and the three additional systems, and these maximum values are equal. In addition, it can be seen from FIG. 18 that the series triple dynamic vibration absorber suppresses the maximum compliance to a smaller value as compared with the single dynamic vibration absorber, the parallel double dynamic vibration absorber, and the series double dynamic vibration absorber. In FIG. 18, Frequency Ratio (frequency ratio) 1 corresponds to the natural frequency of the main system.
[0102]
<Acceleration>
Next, the parameter for minimizing the maximum value of the acceleration of the damping target structure, which is the main system, is also obtained as the analytical solution of the equations (4), (5), (25), and (26) in the same manner as described above. Table 12 shows the results obtained as numerical solutions when the total mass ratio is in the range of 0.02 to 0.2. The parameters to be determined are the mass ratio of m1 to m1 + m2 + m3 (mass ratio ratio) u1 / u, the mass ratio of m2 to m1 + m2 + m3 (mass ratio ratio) u2 / u when the total mass ratio is determined, Spring constant and damping coefficient.
[0103]
In Table 12, in place of the spring constant and damping coefficient of each additional mass body, the vertical natural frequency f as a single system of the first, second and third additional mass bodies is used.m1, Fm2, Fm3And the natural frequency f in the vertical direction as a single system of the damping target structureMAre shown, and the attenuation ratios ζ1 to ζ3 of the first, second and third additional mass bodies as a single system are shown. The mass ratios (mass ratio ratios) u1 / u and u2 / u are not shown in Table 12.
[0104]
[Table 12]
Figure 2004239323
[0105]
FIG. 19 is a graph for explaining the characteristics shown in Table 12, and FIG. 19A shows how the optimum mass ratios u1, u2, and u3 increase as the total mass ratio increases. I have. FIG. 19B shows how the optimum ratios p1 and p2 increase, the ratio p3 decreases, and the optimum damping ratio ζ3 increases as the total mass ratio increases.
[0106]
<Vibration control performance>
Normal dynamic absorber with only one additional system (single dynamic absorber), parallel dynamic absorber with two additional systems (parallel double dynamic absorber), parallel dynamic absorber with four additional systems (parallel) For each of the quadruple dynamic vibration absorber), the series double dynamic vibration absorber shown in FIG. 1, and the series triple dynamic vibration absorber shown in FIG. 16, the maximum value of the acceleration under the condition that the damping of the damping target structure is zero. Table 13 shows the maximum value of the acceleration of the structure to be damped in the case where the parameter is optimized so that the minimum is obtained by numerical calculation in the range of the total mass ratio of 0.02 to 0.2. is there. As can be seen from Table 13, according to the series triple dynamic vibration absorber shown in FIG. 16, the maximum acceleration can be suppressed to a smaller value than that of the series double dynamic vibration absorber. As described above, the series triple dynamic vibration absorber of the present invention has a more excellent vibration damping effect.
[0107]
[Table 13]
Figure 2004239323
[0108]
<Comparative example>
FIG. 20 is an example of the main system compliance curve (total mass ratio: 5%) when the parameter determined under the above-described optimization condition of minimizing the maximum value of the acceleration is adopted. At this time, as shown in FIG. 20, the acceleration curve has four maximum values corresponding to the three degrees of freedom of the main system and the three additional systems, and these maximum values are equal. FIG. 20 shows that the series triple dynamic vibration absorber suppresses the maximum acceleration to a smaller value as compared with the single dynamic vibration absorber, the parallel double dynamic vibration absorber, and the series double dynamic vibration absorber. In FIG. 20, Frequency Ratio (frequency ratio) 1 corresponds to the natural frequency of the main system.
[0109]
<Composition of the dynamic vibration absorber>
Subsequently, FIG. 21 shows a schematic diagram of a parallel dynamic vibration absorber in a case where the above-described series double dynamic vibration absorbers are arranged in parallel. In FIG. 21, the damping target structure (mass M) is supported on the ground via a spring (spring constant K) and a damper (damping coefficient C) in a state capable of vibrating in the vertical direction (displacement x). In addition, the first additional mass body (mass m11) on the left side in FIG. 21 is supported by the damping target structure via a spring (spring constant k11) in a state capable of vibrating in the vertical direction (displacement y11). The second additional mass body (mass m12) is oscillated in the vertical direction (displacement y12) via a spring (spring constant k12) and a damper (damping coefficient c12). It is supported by. Further, the first additional mass body (mass m21) on the right side in FIG. 21 is supported by the damping target structure via a spring (spring constant k21) in a state capable of vibrating in the vertical direction (displacement y21). The second additional mass body (mass m22) is connected to the first additional mass body via a spring (spring constant k22) and a damper (damping coefficient c22) while being vibrated in the vertical direction (displacement y22). Supported. That is, two series double dynamic absorbers (the first series double dynamic absorber 100 and the second series double dynamic absorber 200) are connected in parallel on the upper surface of the structure to be damped. ing. Note that the first dynamic vibration absorber of the above-described series double dynamic vibration absorber is provided with a damper connected to the structure to be damped, but since the damping is substantially zero, the parallel dynamic vibration absorber ( Each of the first dynamic vibration absorbers of the composite dynamic vibration absorber) is not provided with a damper connected to the structure to be damped.
[0110]
<Compliance>
In such a composite dynamic vibration absorber, a parameter for minimizing the maximum value of the compliance of the structure to be damped, which is the main system, cannot be obtained as an analytical solution, so that the total mass ratio is 0.02 to 0. Table 14 shows the results obtained as numerical solution in the range of 0.2.
[0111]
In Table 14, in place of the spring constant and the damping coefficient of each additional mass body, the vertical natural frequency f as a single system of the first and second additional mass bodies of each series double dynamic vibration absorber is shown.m11, Fm12, Fm21, Fm22And the natural frequency f in the vertical direction as a single system of the damping target structureMAre shown, and the damping ratios ζ12 and ζ22 of the first and second series dynamic vibration absorbers as a single system of the second additional mass body are shown.
[0112]
[Table 14]
Figure 2004239323
[0113]
As can be seen from Table 14, when the total mass ratio is in the range of 0.02 to 0.2, the optimal natural frequency ratio p11 is slightly larger than 1 (p11> 1), and the optimal natural frequency ratio p12 is Slightly smaller than 1 (p12 <1), the optimum natural frequency ratio p21 is slightly smaller than 1 (p21 <1), and the optimum natural frequency ratio p22 is slightly smaller than 1 (p22 <1).
[0114]
FIG. 22 is a graph for explaining the characteristics shown in Table 14, and FIGS. 22 (a) and 22 (b) show the first and second series double dynamic vibration absorption as the total mass ratio increases. It shows that the optimum mass ratios u11, u12, u21, u22 of the vessel become large. FIG. 22 (c) shows how the optimum ratio p11 of the first series double dynamic vibration absorber increases, the ratio p12 decreases, and the optimum damping ratio ζ12 increases as the total mass ratio increases. ing. FIG. 22 (d) shows how the optimum ratios p21 and p22 of the second series double dynamic vibration absorber decrease and the optimum damping ratio ζ22 increases as the total mass ratio increases.
[0115]
It should be noted that a similar result can be obtained as a parameter characteristic when the optimum parameter is determined under the condition that the maximum value of the acceleration is minimized.
[0116]
<Vibration control performance>
Normal dynamic absorber with only one additional system (single dynamic absorber), parallel dynamic absorber with two additional systems (parallel double dynamic absorber), parallel dynamic absorber with four additional systems (parallel) A quadruple dynamic vibration absorber), a parallel dynamic vibration absorber with six additional systems (parallel hexadynamic vibration absorber), a series double dynamic vibration absorber shown in FIG. 1, and a combined dynamic vibration absorber shown in FIG. The maximum value of the compliance of the structure to be damped when the parameter is optimized such that the maximum value of the compliance is minimized under the condition that the damping of the structure to be damped is zero is 0.02 Table 15 shows the values obtained by numerical calculation in the range from to 0.2. As can be seen from Table 15, according to the combined dynamic vibration absorber shown in FIG. 21, the maximum compliance can be suppressed to a smaller value than that of the series double dynamic vibration absorber. As described above, the combined dynamic vibration absorber of the present invention has a more excellent vibration damping effect.
[0117]
[Table 15]
Figure 2004239323
[0118]
<Comparative example>
FIG. 23 is an example of the compliance curve of the main system when the parameter determined under the above-described optimization condition of minimizing the maximum value of compliance (total mass ratio: 5%). At this time, as shown in FIG. 23, the compliance curve has five maximum values corresponding to the five degrees of freedom of the main system and the four additional systems, and these maximum values are equal. Further, it can be seen from FIG. 23 that the combined dynamic vibration absorber suppresses the maximum compliance to a smaller value as compared with the single dynamic vibration absorber, the parallel double dynamic vibration absorber, and the series double dynamic vibration absorber. In FIG. 23, Frequency Ratio (frequency ratio) 1 corresponds to the natural frequency of the main system.
[0119]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0120]
<First embodiment>
FIG. 24 is a schematic diagram of a house in which the series double dynamic vibration absorber according to the first embodiment of the present invention is installed. FIG. 25 is an enlarged view of FIG. 24 and is a schematic view illustrating a serial double dynamic vibration absorber. As shown in FIG. 24, the series double dynamic vibration absorber 1 according to the present embodiment is installed near the attic of the main house 40. The in-line double dynamic vibration absorber 1 includes a first dynamic vibration absorber 2 installed on an installation surface 40a of an attic, and a second dynamic vibration absorber 3 mounted thereon.
[0121]
As shown in FIG. 25, the first dynamic vibration absorber 2 is provided between the additional mass body 21 and the installation surface 40 a and the additional mass body 21 and supports the additional mass body 21 so as to be capable of vibrating in the vertical direction. Spring element (elastic body) 22. As the spring element 22, for example, a coil spring is used.
[0122]
The second dynamic vibration absorber 3 is arranged between the additional mass body 21 and the additional mass body 31 disposed above the additional mass body 21 and can vibrate the additional mass body 31 in the vertical direction. And a plurality of spring elements (elastic bodies) 32 and a damping element 33 that are supported by the spring. As the spring element 32, for example, a coil spring is used. As the damping element 33, one having an appropriate damping coefficient as a damper is used.
[0123]
In the present embodiment, the masses of the additional mass bodies 21 and 31, the spring constants of the spring elements 22 and 32, and the damping coefficient of the damping element 33 are optimized so as to minimize the maximum value of the compliance or acceleration of the house. (That is, the vertical natural frequency of the additional mass body 21 as a single system is higher than the vertical natural frequency of the house 40, and the vertical natural frequency of the additional mass body 31 as a single system is (A value lower than the vertical natural frequency of the house 40). Further, it is preferable to use a spring element 22 having a damping coefficient as small as possible and close to zero. Further, it is preferable that the mass of the additional mass body 21 is larger than that of the additional mass body 31 and the mass ratio between the two is changed according to the total mass ratio. By doing so, the vertical vibration of the house 40 is sufficiently suppressed.
[0124]
<Second embodiment>
FIG. 26 is a schematic diagram of a series double dynamic vibration absorber according to the second embodiment of the present invention. The dynamic vibration absorber 61 illustrated in FIG. 26 includes a first dynamic vibration absorber 70 installed on the installation surface 90a of the structure to be damped, and a second dynamic vibration absorber 80 mounted thereon. ing.
[0125]
As shown in FIG. 26, the first dynamic vibration absorber 70 is provided between the additional mass body 71 and the installation surface 90 a and the additional mass body 71 and supports the additional mass body 71 so as to be capable of vibrating in the horizontal direction. (Elastic body) 72. As the spring element 72, for example, a laminated rubber in which a synthetic rubber and a thin metal layer are laminated is used.
[0126]
The second dynamic vibration absorber 80 includes an additional mass body 81 disposed above the additional mass body 71, two columns 84 projecting upward from the upper surface of the additional mass body 71, 84 and a plurality of spring elements (elastic bodies) 82 and a damping element 83 that support the additional mass body 81 so as to be able to vibrate in the horizontal direction. As the spring element 82, for example, a coil spring is used. As the damping element 83, one having an appropriate damping coefficient as a damper is used. In addition, wheels 81a are attached to the lower surface of the additional mass body 81 so as not to hinder the horizontal vibration of the additional mass body 81.
[0127]
In the present embodiment, the masses of the additional mass bodies 71 and 81, the spring constants of the spring elements 72 and 82, and the damping coefficient of the damping element 83 are set so as to minimize the maximum value of the compliance or the acceleration of the damping target structure. (That is, the horizontal natural frequency of the additional mass body 71 as a single system is higher than the horizontal natural frequency of the structure to be damped, and the additional mass body 81 The natural frequency of the system is lower than the horizontal natural frequency of the structure to be damped. Further, it is preferable to use a spring element 72 having a damping coefficient as small as possible and close to zero. Further, it is preferable that the mass of the additional mass body 71 be larger than that of the additional mass body 81 and the mass ratio between the two be changed in accordance with the total mass ratio. By doing so, the horizontal vibration of the structure to be damped is sufficiently suppressed.
[0128]
<Third embodiment>
FIG. 27 is a schematic perspective view of a series double dynamic vibration absorber according to the third embodiment of the present invention. The dynamic vibration absorber 101 illustrated in FIG. 27 includes a first dynamic vibration absorber 120 installed on the installation surface 190a of the structure to be damped and four second dynamic vibration absorbers 130 mounted thereon. It is configured.
[0129]
As shown in FIG. 27, the first dynamic vibration absorber 120 is disposed between the additional mass body 121 and the installation surface 190a and the additional mass body 121, and moves the additional mass body 121 in two horizontal directions (x direction, y direction). ), Four spring elements (elastic bodies) 122 for supporting the vibration, a spring element 123 for adjusting the spring constant in the x direction, and a spring element 124 for adjusting the spring constant in the y direction. As the spring element 122, for example, a laminated rubber in which a synthetic rubber and a thin metal layer are laminated is used. As the spring elements 123 and 124, for example, leaf springs are used.
[0130]
Two of the four second dynamic vibration absorbers 130 can vibrate in the x direction, and the other two can vibrate in the y direction. Each of the second dynamic vibration absorbers 130 includes an additional mass body 131 disposed above the additional mass body 121 and two protruding upwards on both sides of each of the additional mass bodies 131 from the upper surface of the additional mass body 121. And a plurality of spring elements (elastic bodies) 132 and damping elements 133 disposed between the additional mass body 131 and the support pillar 134 and supporting the additional mass body 131 so as to be able to vibrate in the x direction or the y direction. Contains. As the spring element 132, for example, a coil spring is used. As the damping element 133, one having an appropriate damping coefficient as a damper is used. Further, wheels 131a are attached to the lower surface of the additional mass body 131 so that the horizontal vibration of the additional mass body 131 is not hindered.
[0131]
In the present embodiment, the masses of the additional mass bodies 121 and 131, the spring constants of the spring elements 122 and 132, and the damping coefficient of the damping element 133 are set such that the maximum value of the compliance or the acceleration of the structure to be damped is minimized. (I.e., the natural frequency in the x and y directions of the additional mass body 121 as a single system is higher than the natural frequency in the x and y directions of the structure to be damped. 131 is a value such that the natural frequency as a single system in the x direction and the y direction is lower than the natural frequency in the x direction and the y direction of the structure to be damped. Further, it is preferable to use a spring element 122 having a damping coefficient as small as possible and close to zero. In addition, it is preferable that the mass of the additional mass body 121 is larger than the sum of the four additional mass bodies 131, and that the mass ratio of both is changed according to the total mass ratio. In this way, the vibrations in the two horizontal directions of the structure to be damped are sufficiently suppressed.
[0132]
<Fourth embodiment>
FIG. 28 is a schematic diagram of a series double dynamic vibration absorber according to a fourth embodiment of the present invention. The dynamic vibration absorber 201 illustrated in FIG. 28 includes a first dynamic vibration absorber 210 installed on the installation surface 240a of the structure to be damped, and a second dynamic vibration absorber 220 mounted thereon. ing.
[0133]
As shown in FIG. 28, the first dynamic vibration absorber 210 includes an additional mass body 211 and a spring disposed between the installation surface 240 a and the additional mass body 211 to support the additional mass body 211 so as to be able to vibrate in the vertical direction. Element 212. As the spring element 212, for example, a coil spring is used.
[0134]
The second dynamic vibration absorber 220 includes an additional mass body 221 disposed above the additional mass body 211, and is disposed between the additional mass body 211 and the additional mass body 221 so that the additional mass body can vibrate in the vertical direction. The supporting spring element (elastic body) 222 and the damping element 223, and the support 224 extending horizontally from both sides of the additional mass body 221 and the installation surface 240a, respectively, are arranged to vertically move the additional mass body 221. And a plurality of spring elements 225 that are supported so as to be able to vibrate. As the spring elements 222 and 225, for example, a coil spring is used. As the damping element 223, one having an appropriate damping coefficient as a damper is used.
[0135]
In the present embodiment, the masses of the additional mass bodies 211 and 221, the spring constants of the spring elements 212, 222 and 225, and the damping coefficient of the damping element 223 minimize the maximum value of the compliance or the acceleration of the damping target structure. (That is, the vertical natural frequency of the additional mass body 211 as a single system is higher than the vertical natural frequency of the structure to be damped, and the single mass of the additional mass body 221 is (A value such that the natural frequency in the vertical direction is lower than the natural frequency in the vertical direction of the structure to be damped). It is preferable to use a spring element 212 having a damping coefficient as small as possible and close to zero. Further, it is preferable that the mass of the additional mass body 211 be larger than that of the additional mass body 221 and that the mass ratio between the two be changed in accordance with the total mass ratio. By doing so, the vertical vibration of the target structure is sufficiently suppressed.
[0136]
<Fifth embodiment>
FIG. 29 is a schematic diagram of a series double dynamic vibration absorber according to a fifth embodiment of the present invention. The dynamic vibration absorber 250 illustrated in FIG. 29 includes a first dynamic vibration absorber 260 installed on the installation surface 290a of the structure to be damped, and a second dynamic vibration absorber 270 mounted thereon. ing.
[0137]
As shown in FIG. 29, the first dynamic vibration absorber 260 includes an additional mass body 261, and a spring disposed between the installation surface 290 a and the additional mass body 261 to support the additional mass body 261 so as to be able to vibrate vertically. Element 262. As the spring element 262, for example, a coil spring is used.
[0138]
The second dynamic vibration absorber 270 is disposed between the additional mass body 271 and the additional mass body 271 and is disposed between the additional mass body 261 and the additional mass body 271 so as to vibrate the additional mass body 271 in the vertical direction. (Elastic body) 272, which is supported between the support 275 and the support 275 extending horizontally from both sides of the additional mass 271 and the installation surface 290a so that the additional mass 271 can vibrate in the vertical direction. A supporting spring element 273 and a damping element 274. As the spring elements 272 and 273, for example, a coil spring is used. As the damping element 274, one having an appropriate damping coefficient as a damper is used.
[0139]
In the present embodiment, the masses of the additional mass bodies 261 and 271, the spring constants of the spring elements 262, 272 and 273, and the damping coefficient of the damping element 274 minimize the maximum value of the compliance or the acceleration of the damping target structure. (Ie, the vertical natural frequency of the additional mass body 261 as a single system is higher than the vertical natural frequency of the structure to be damped, and (A value such that the natural frequency in the vertical direction is lower than the natural frequency in the vertical direction of the structure to be damped). Further, it is preferable to use a spring element 262 having a damping coefficient as small as possible and close to zero. In addition, it is preferable that the mass of the additional mass body 261 be larger than that of the additional mass body 271 and the mass ratio between the two be changed according to the total mass ratio. By doing so, the vertical vibration of the target structure is sufficiently suppressed.
[0140]
<Sixth Embodiment>
FIG. 30 is a schematic diagram of a series double dynamic vibration absorber according to a sixth embodiment of the present invention. The dynamic vibration absorber 301 illustrated in FIG. 30 includes a first dynamic vibration absorber 310 installed on the installation surface 340a of the structure to be damped, and a second dynamic vibration absorber 320 mounted thereon. ing.
[0141]
As shown in FIG. 30, the first dynamic vibration absorber 310 includes an additional mass body 311, and a spring disposed between the installation surface 340 a and the additional mass body 311 to support the additional mass body 311 so as to be able to vibrate vertically. Element 312. As the spring element 312, for example, a coil spring is used.
[0142]
The second dynamic vibration absorber 320 is disposed between the additional mass body 321 and the additional mass body 321 above the additional mass body 311, and is capable of vertically vibrating the additional mass body 321. (A resilient body) 322 and a damping element 323 that are supported by the support member 324, and a support 324 that extends horizontally from both sides of the additional mass body 321 and an installation surface 340a. A spring element 325 and a damping element 326 for supporting the vibration element 325 in a vibrating manner. As the spring elements 322 and 325, for example, a coil spring is used. As the damping elements 323 and 326, those having an appropriate damping coefficient as dampers are used.
[0143]
In the present embodiment, the masses of the additional mass bodies 311 and 321, the spring constants of the spring elements 312, 322 and 325, and the damping coefficients of the damping elements 323 and 326 determine the maximum value of the compliance or the acceleration of the damping target structure. The value optimized to be minimized (that is, the vertical natural frequency of the additional mass body 311 as a single system is higher than the vertical natural frequency of the structure to be damped, This is a value such that the vertical natural frequency of the independent system is lower than the vertical natural frequency of the structure to be damped. Further, it is preferable to use a spring element 312 having a damping coefficient as small as possible and close to zero. Further, it is preferable that the mass of the additional mass body 311 is larger than that of the additional mass body 321 and the mass ratio between the two is changed according to the total mass ratio. By doing so, the vertical vibration of the target structure is sufficiently suppressed.
[0144]
<Seventh embodiment>
FIG. 31 is a schematic view of a series triple dynamic vibration absorber according to a seventh embodiment of the present invention. The dynamic vibration absorber 351 illustrated in FIG. 31 includes a first dynamic vibration absorber 360 installed on the installation surface 390a of the structure to be damped, and a second dynamic vibration absorber mounted on the first dynamic vibration absorber 360. It comprises a vibration absorber 370 and a third dynamic vibration absorber mounted on the second dynamic vibration absorber 370.
[0145]
As shown in FIG. 31, the first dynamic vibration absorber 360 includes an additional mass body 361, and a spring disposed between the installation surface 390 a and the additional mass body 361 to support the additional mass body 361 so as to vibrate vertically. Element 362. As the spring element 362, for example, a coil spring is used.
[0146]
The second dynamic vibration absorber 370 is disposed between the additional mass body 361 and the additional mass body 371, and is disposed between the additional mass body 361 and the additional mass body 371, and can vibrate the additional mass body 371 in the vertical direction. And a spring element (elastic body) 372 supported by the spring. As the spring element 372, for example, a coil spring is used.
[0147]
The third dynamic vibration absorber 380 is provided between the additional mass body 371 and the additional mass body 381, and can vibrate the additional mass body 381 in the vertical direction. A spring element (elastic body) 382 and a damping element 383 supported by the first and second members. As the spring element 382, for example, a coil spring is used. As the damping element 383, one having an appropriate damping coefficient as a damper is used.
[0148]
In the present embodiment, the masses of the additional mass bodies 361, 371, 381, the spring constants of the spring elements 362, 372, 382, and the damping coefficient of the damping element 383 indicate the maximum value of the compliance or the acceleration of the structure to be damped. The value optimized to be minimized (that is, the vertical natural frequency of the additional mass body 361 as a single system is higher than the vertical natural frequency of the structure to be damped, The vertical natural frequency of the additional mass body 361 as a single system is higher than the vertical natural frequency of the additional mass body 361, and the vertical natural frequency of the additional mass body 381 as a single system is vertical to the structure to be damped. (A value lower than the natural frequency). Further, it is preferable to use spring elements 362 and 372 having a damping coefficient as small as possible and close to zero. Further, it is preferable that the mass of the additional mass body 361 is made larger than that of the additional mass bodies 371 and 381, and the mass ratio of the three is changed according to the total mass ratio. By doing so, the vertical vibration of the target structure is sufficiently suppressed.
[0149]
<Eighth Embodiment>
FIG. 32 is a schematic diagram of a house in which the combined dynamic vibration absorber according to the eighth embodiment of the present invention is installed. 33 is an enlarged view of FIG. 32, in which (a) is a front view of the combined dynamic vibration absorber, and (b) is a side view of the combined dynamic vibration absorber. As shown in FIG. 32, a house 400 is provided with a ceiling 399 and a floor 398 on each floor. A vertical beam 397 is arranged between the ceiling 399 and the floor 398 and connects them. The composite dynamic vibration absorber 401 according to the present embodiment is installed on the beam 397. As shown in FIGS. 33A and 33B, the composite dynamic vibration absorber 401 includes two sets of first dynamic vibration absorbers 410 and 420 fixed to a fixing portion 396 provided at a center position of the beam 397. And four second dynamic vibration absorbers 430 mounted thereon.
[0150]
As shown in FIG. 33A, the two sets of first dynamic vibration absorbers 410 and 420 are fixed at both end surfaces 396a of the fixing portion 396 and are arranged so as to be symmetrical with each other. Body) 412, 422 and four additional mass bodies 411, 421 provided at both ends of the spring elements 412, 422, respectively. That is, as shown in FIG. 33 (b), two additional mass bodies 421 are disposed at both ends of one spring element 422, respectively, and constitute one set of the first dynamic vibration absorber 420. Further, two additional mass bodies 411 are also arranged at both ends of the other spring element 412, respectively, and constitute one set of the first dynamic vibration absorber 410. By fixing the two spring elements 412 and 422 in parallel with the fixing portion 396, the first dynamic vibration absorbers 410 and 420 are arranged in parallel. Further, the four additional mass bodies 411 and 421 are fixed so as to sandwich the ends of the spring elements 412 and 422 at the corresponding positions. Further, the two spring elements 412 and 422 support the respective additional mass bodies 411 and 421 so as to be able to vibrate in the vertical direction. As the spring elements 412 and 422, for example, a leaf spring is used.
[0151]
The four second dynamic vibration absorbers 430 are disposed between the additional mass bodies 431 and 421, respectively, and between the additional mass bodies 411 and 421 and the additional mass bodies 431. It includes a plurality of spring elements (elastic bodies) 432 and damping elements 433 that support each additional mass body 431 so as to be capable of vibrating in the vertical direction. As the plurality of spring elements 432, for example, a coil spring is used. As the plurality of damping elements 433, those having an appropriate damping coefficient as a damper are used.
[0152]
In the present embodiment, the masses of the additional mass bodies 411, 421, 431, the spring constants of the spring elements 412, 422, 432, and the damping coefficient of the damping element 433 minimize the maximum value of the compliance or acceleration of the house 400. The value optimized as described above (that is, the vertical natural frequency of the additional mass body 411 as a single system is higher than the vertical natural frequency of the house 400, and the vertical Is lower than the vertical natural frequency of the house 400, and the vertical natural frequency of the additional mass body 431 as a single system is lower than the vertical natural frequency of the house 400. ). Further, it is preferable to use spring elements 412 and 422 having a damping coefficient as small as possible and close to zero. Further, it is preferable that the mass of each of the four additional mass bodies 411 and 421 be larger than the mass of each of the four additional mass bodies 431, and that the mass ratio of the two be changed in accordance with the total mass ratio. By doing so, the vertical vibration of the house 400 is sufficiently suppressed.
[0153]
<Ninth embodiment>
FIGS. 34A and 34B are schematic diagrams of a combined dynamic vibration absorber according to a ninth embodiment of the present invention, where FIG. 34A is a front view and FIG. 34B is a side view. The composite type dynamic vibration absorber 451 depicted in FIG. 34A is disposed between the ceiling 449 and the floor 448 of the structure to be damped in the same manner as described above, and is installed at the center of the beam 447 connected to them. ing. The composite dynamic vibration absorber 451 includes two sets of first dynamic vibration absorbers 460 and 470 fixed to a fixing portion 446 provided at the center position of the beam 447 as shown in FIGS. And four second dynamic vibration absorbers 480 mounted thereon.
[0154]
As shown in FIG. 34A, the two sets of first dynamic vibration absorbers 460 and 470 are fixed at both end surfaces 446a of the fixing portion 446 and are arranged so as to be symmetrical with each other. Body) 462, 472, and four additional mass bodies 461, 471 provided at both ends of the spring elements 462, 472, respectively. That is, as shown in FIG. 34B, two additional mass bodies 471 are arranged at both ends of one spring element 472, respectively, and constitute one set of the first dynamic vibration absorber 470. Further, two additional mass bodies 461 are also arranged at both ends of the other spring element 462, respectively, and constitute one set of the first dynamic vibration absorber 460. Then, by fixing the two spring elements 462 and 472 in parallel with the fixing portion 446, the first dynamic vibration absorbers 460 and 470 are arranged in parallel. The four additional mass bodies 461 and 471 are fixed so as to sandwich the ends of the spring elements 462 and 472 at the corresponding positions. The two spring elements 462, 472 support the respective additional mass bodies 461, 471 so as to be able to vibrate in the vertical direction. As the spring elements 462 and 472, for example, leaf springs are used.
[0155]
The four second dynamic vibration absorbers 480 include an additional mass body 481 disposed above each of the additional mass bodies 461 and 471, and a single one that protrudes upward from the upper surface of each of the additional mass bodies 461 and 471. A support 484, and a plurality of spring elements (elastic bodies) 482 arranged to be connected from the center of the support 484 to the lower surface of the additional mass 481 and supporting the additional mass 481 in a vertically oscillating manner, and It includes a spring element 482 connected to the lower surface of the mass body 481 and a damping element 483 disposed between the additional mass bodies 461 and 471. As the spring element 482, for example, a leaf spring is used. As the damping element 483, an elastomer (viscoelastic body) having an appropriate damping coefficient is used as a damper.
[0156]
In the present embodiment, the masses of the additional mass bodies 461, 471, 481, the spring constants of the spring elements 462, 472, 482, and the damping coefficient of the damping element 483 determine the maximum value of the compliance or the acceleration of the damping target structure. The value optimized so as to be minimized (that is, the vertical natural frequency of the additional mass body 461 as a single system is higher than the vertical natural frequency of the structure to be damped, The vertical natural frequency as a single system is lower than the vertical natural frequency of the structure to be damped, and the vertical natural frequency of the additional mass body 481 as a single system is vertical to the structure to be damped. Value lower than the natural frequency in the direction). Also, it is preferable to use spring elements 462 and 472 having a damping coefficient as small as possible and close to zero. In addition, it is preferable that the mass of each of the four additional mass bodies 461 and 471 is larger than the mass of each of the four additional mass bodies 481, and that the mass ratio of both is changed according to the total mass ratio. By doing so, the vertical vibration of the target structure is sufficiently suppressed.
[0157]
<Other embodiments>
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described. However, the applicable range of the present invention is wide, and various embodiments can be assumed. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes can be made within the scope of the claims. Basically, as in the first or second embodiment described above, the one in which one second dynamic vibration absorber is mounted on the first dynamic vibration absorber is a prototype, but the third embodiment is similar to the first or second embodiment. The second dynamic vibration absorber may be divided and installed in a plurality of units as in the embodiment. Of course, as in the fourth to sixth embodiments, the spring element and the damping element connected to the second dynamic vibration absorber may be connected to the structure to be damped. Further, between the first dynamic vibration absorber and the second dynamic vibration absorber of the third embodiment, a dynamic vibration absorber similar to the first dynamic vibration absorber can be arranged to form a series triple dynamic vibration absorber. It is.
[0158]
Further, a configuration in which a fourth dynamic vibration absorber is further mounted on the third dynamic vibration absorber of the seventh embodiment can be implemented. Further, as in the eighth or ninth embodiment, not only the configuration in which the series double dynamic vibration absorbers are arranged in parallel on one vibration suppression target structure, but also the series triple dynamic vibration absorbers The present invention can also be implemented with a configuration in which the components are arranged in parallel with a structure. Further, the range of the total mass ratio is not limited to the range of 0.02 to 0.2, and the present invention can be applied outside this range.
[0159]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a series and parallel dynamic vibration absorber in which the parameter setting is relatively simple and the vibration suppression effect of the structure to be damped is large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a dynamic vibration absorber according to the present invention when there are two additional mass bodies.
FIG. 2 is a graph for explaining characteristics of parameters relating to the dynamic vibration absorber of the present invention.
FIG. 3 is a graph illustrating an example of a compliance curve of a main system in the dynamic vibration absorber of the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating an example of a compliance curve of a main system in a dynamic vibration absorber according to a comparative example of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating an example of a main system compliance curve in a dynamic vibration absorber according to another comparative example of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating the impulse response characteristics of the dynamic vibration absorber according to the present invention and the prior art.
FIG. 7 illustrates a compliance curve of the main system before and after adjustment when only the parameters related to the second dynamic vibration absorber are adjusted without changing the parameters related to the first dynamic vibration absorber when the natural frequency of the main system changes. FIG.
FIG. 8 is a graph illustrating an example of a compliance curve in a case where the dynamic vibration absorber according to the present invention, which is optimized on the condition that the damping of the main system is zero with respect to the main system having the damping, is used.
FIG. 9 is a graph for explaining characteristics of parameters relating to the dynamic vibration absorber according to the present invention when compliance is optimized under a condition in which damping exists in the main system, wherein (a) is a first additional mass body; FIG. 7B is an example of a change curve of each mass ratio of the first and second additional mass bodies, and FIG. 7B is an example of a change curve of a ratio of each natural frequency of the first additional mass body and the second additional mass body. (C) is an example of a change curve of the attenuation ratio of the second additional mass body.
FIG. 10 is a graph illustrating an example of a compliance curve of a main system in the dynamic vibration absorber of the present invention.
FIG. 11 is a graph for explaining characteristics of parameters relating to the dynamic vibration absorber according to the present invention when acceleration is optimized under a condition in which damping exists in the main system, and (a) is a first additional mass; It is an example of the change curve of each mass ratio of a body and a 2nd additional mass body, (b) is an example of the change curve of the ratio of each natural frequency of a 1st additional mass body and a 2nd additional mass body. (C) is an example of a change curve of the attenuation ratio of the second additional mass body.
FIG. 12 is a graph illustrating an example of an acceleration curve of a main system in the dynamic vibration absorber of the present invention.
13A and 13B are graphs for explaining characteristics of parameters relating to the dynamic vibration absorber of the present invention when mobility is optimized under the condition where damping exists in the main system, and FIG. 13A is a first additional mass body. FIG. 7B is an example of a change curve of each mass ratio of the first and second additional mass bodies, and FIG. 7B is an example of a change curve of a ratio of each natural frequency of the first additional mass body and the second additional mass body. (C) is an example of a change curve of the attenuation ratio of the second additional mass body.
FIG. 14 is a graph illustrating an example of a mobility curve of a main system in the dynamic vibration absorber of the present invention.
FIG. 15 is a graph showing a change range of a damping ratio of a second additional mass body in the dynamic vibration absorber of the present invention in the main system compliance optimization, acceleration optimization, and mobility optimization.
FIG. 16 is a schematic view of a dynamic vibration absorber according to the present invention when there are three additional mass bodies.
FIG. 17 is a graph for explaining characteristics of parameters relating to the dynamic vibration absorber of the present invention in the main system compliance optimization.
FIG. 18 is a graph illustrating an example of a compliance curve of a main system in the single dynamic vibration absorber, the parallel double dynamic vibration absorber, and the series double dynamic vibration absorber and the series triple dynamic vibration absorber of the present invention.
FIG. 19 is a graph for explaining characteristics of parameters related to the dynamic vibration absorber of the present invention in optimizing the main system acceleration.
FIG. 20 is a graph illustrating an example of an acceleration curve of a main system in the single dynamic vibration absorber, the parallel double dynamic vibration absorber, and the series double dynamic vibration absorber and the series triple dynamic vibration absorber of the present invention.
FIG. 21 is a schematic view of a parallel dynamic vibration absorber according to the present invention in which two dynamic vibration absorbers in which two additional mass bodies are arranged in series are arranged in parallel.
FIG. 22 is a graph for explaining characteristics of parameters relating to the parallel dynamic vibration absorber of the present invention.
FIG. 23 is a graph illustrating a compliance curve of a main system in the single dynamic vibration absorber, the parallel double dynamic vibration absorber, and the series double dynamic vibration absorber and the parallel dynamic vibration absorber of the present invention.
FIG. 24 is a schematic diagram of a house in which the series double dynamic vibration absorber according to the first embodiment of the present invention is installed.
FIG. 25 is an enlarged view of FIG. 24, and is a schematic view illustrating a series double dynamic vibration absorber according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a schematic diagram of a series double dynamic vibration absorber according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a schematic perspective view of a serial double dynamic vibration absorber according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 28 is a schematic view of a series double dynamic vibration absorber according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a schematic diagram of a series double dynamic vibration absorber according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a schematic view of a series double dynamic vibration absorber according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a schematic view of a series triple vibration damper according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 32 is a schematic diagram of a house provided with a combined dynamic vibration absorber according to an eighth embodiment of the present invention.
33 is an enlarged view of FIG. 32, (a) is a front view of the combined dynamic vibration absorber, and (b) is a side view of the combined dynamic vibration absorber.
34A and 34B are schematic views of a combined dynamic vibration absorber according to a ninth embodiment of the present invention, wherein FIG. 34A is a front view and FIG. 34B is a side view.
[Explanation of symbols]
1 series double dynamic vibration absorber
2 first dynamic vibration absorber
3 Second dynamic vibration absorber
21 Additional mass body (first additional mass body)
22 Spring element
31 additional mass body (second additional mass body)
32 spring element
33 damping element

Claims (9)

弾性体を介して制振対象構造物に接続される第1の付加質量体と、
別の弾性体を介して前記第1の付加質量体に接続された第2の付加質量体とを備えており、
前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも高い固有振動数に設定され、且つ前記第2の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも低い固有振動数に設定されていることを特徴とする動吸振器。
A first additional mass body connected to the damping target structure via the elastic body;
A second additional mass body connected to the first additional mass body via another elastic body,
The natural frequency of the first additional mass body as a single system is set to a higher natural frequency than the natural frequency of the target structure, and the natural frequency of the second additional mass body as a single system is set. A dynamic vibration absorber having a frequency set to a natural frequency lower than a natural frequency of the structure to be damped.
前記制振対象構造物の振動のコンプライアンス、アクセレランス及びモビリティの少なくともいずれか1つが最適化されるように前記第2の付加質量体の減衰比が設定されていることを特徴とする請求項1に記載の動吸振器。The damping ratio of the second additional mass body is set so that at least one of compliance, acceleration, and mobility of vibration of the structure to be damped is optimized. The dynamic vibration absorber according to the above. 前記第2の付加質量体の減衰比がζ2=a×u−cによって示されるとき、a>0.80、b>0.32、且つ、c<0.08であることを特徴とする請求項2に記載の動吸振器。
(ただし、uは、制振対象構造物の質量に対する第1及び第2の付加質量体を足した質量の比率(総質量比)である)
When the damping ratio of the second additional mass body is indicated by ζ2 = a × u b -c, a> 0.80, b> 0.32, and characterized in that it is a c <0.08 The dynamic vibration absorber according to claim 2.
(However, u is a ratio (total mass ratio) of the mass of the first and second additional mass bodies to the mass of the structure to be damped).
前記第1および第2の付加質量体が、前記制振対象構造物と同じ2以上の異なる方向にそれぞれ固有振動可能であり、
前記第1の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記制振対象構造物の対応する固有振動数よりもそれぞれ高い固有振動数に設定され、且つ前記第2の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記制振対象構造物の対応する固有振動数よりもそれぞれ低い固有振動数に設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の動吸振器。
The first and second additional mass bodies are each capable of natural vibration in the same two or more different directions as the structure to be damped,
The two or more natural frequencies of the first additional mass body as a single system are each set to a higher natural frequency than the corresponding natural frequency of the vibration damping target structure, and the second additional mass 4. The natural frequency according to claim 1, wherein the two or more natural frequencies of the body as a single system are respectively set to lower natural frequencies than a corresponding natural frequency of the structure to be damped. The dynamic vibration absorber according to claim 1 or 2.
弾性体を介して制振対象構造物に接続される第1の付加質量体と、
別の弾性体を介して前記第1の付加質量体に接続された第2の付加質量体と、
さらに別の弾性体を介して前記第2の付加質量体に接続された第3の付加質量体とを備えており、
前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも高い固有振動数に設定され、前記第2の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数よりも高い固有振動数に設定され、且つ前記第3の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも低い固有振動数に設定されていることを特徴とする動吸振器。
A first additional mass body connected to the damping target structure via the elastic body;
A second additional mass connected to the first additional mass via another elastic body;
And a third additional mass body connected to the second additional mass body via another elastic body.
The natural frequency of the first additional mass body as a single system is set to a higher natural frequency than the natural frequency of the target structure, and the natural vibration of the second additional mass body as a single system. The number is set to a higher natural frequency than the natural frequency of the first additional mass body as a single system, and the natural frequency of the third additional mass body as a single system is the vibration-damping target structure. A dynamic vibration absorber is set to a lower natural frequency than the natural frequency of the dynamic vibration absorber.
前記第1から第3の付加質量体が、前記制振対象構造物と同じ2以上の異なる方向にそれぞれ固有振動可能であり、
前記第1の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記制振対象構造物の対応する固有振動数よりもそれぞれ高い固有振動数に設定され、前記第2の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記第1の付加質量体の単独系としての対応する固有振動数よりもそれぞれ高い固有振動数に設定され、且つ前記第3の付加質量体の単独系としての前記2以上の固有振動数が前記制振対象構造物の対応する固有振動数よりもそれぞれ低い固有振動数に設定されていることを特徴とする請求項5に記載の動吸振器。
The first to third additional mass bodies are each capable of natural vibration in the same two or more different directions as the vibration suppression target structure,
The two or more natural frequencies of the first additional mass body as a single system are each set to a higher natural frequency than the corresponding natural frequency of the vibration damping target structure, and the second additional mass body The two or more natural frequencies of the third additional mass body are respectively set to be higher than the corresponding natural frequencies of the first additional mass body as a single system. The dynamic vibration absorber according to claim 5, wherein the two or more natural frequencies as a single system are respectively set to lower natural frequencies than corresponding natural frequencies of the structure to be damped. .
前記制振対象構造物と前記第1の付加質量体との間に実質的に減衰作用が働いていないことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の動吸振器。The dynamic vibration absorber according to any one of claims 1 to 6, wherein substantially no damping action is applied between the structure to be damped and the first additional mass body. 前記第1の付加質量体の質量が前記第2の付加質量体の質量よりも大きいことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の動吸振器。The dynamic vibration absorber according to any one of claims 1 to 7, wherein a mass of the first additional mass body is larger than a mass of the second additional mass body. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の動吸振器を2つ備えており、
一方の動吸振器の前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも低い固有振動数に設定され、且つ他方の動吸振器の前記第1の付加質量体の単独系としての固有振動数が前記制振対象構造物の固有振動数よりも高い固有振動数に設定されていることを特徴とする並列動吸振器。
It is provided with two dynamic vibration absorbers according to any one of claims 1 to 8,
The natural frequency of one dynamic vibration absorber as a single system of the first additional mass body is set to a natural frequency lower than the natural frequency of the structure to be damped, and the other dynamic vibration absorber A parallel dynamic vibration absorber characterized in that a natural frequency of the first additional mass body as a single system is set to a higher natural frequency than a natural frequency of the structure to be damped.
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