JP2005240839A - 重層形振動遮断接続機構 - Google Patents
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Abstract
工学的構造物への外部(他の構造物など)からの変位または力による振動的または衝撃的入力に対し、該構造物の最低次共振をも含め、総ての共振を効果的に抑制する振動遮断接続機構を提供する。
【解決手段】
2構造物間の接続機構を、弾性接続要素(スプリングなど)および慣性接続要素(直列質量)より構成された第1層(遮断層)に加え、弾性接続要素と粘性接続要素(ダンパーなど)より構成された第2層(減衰層)を重層的に設置することにより、振動・衝撃をより効果的に遮断もしくは抑制する重層形振動遮断接続機構を構成する。
【選択図】 図1
Description
そこで、本発明は図1に見るごとく加振源と振動遮断接続機構との接続端間にm’,c’,k’より成る減衰機構を挿入し重層形に構成することにより、振動力伝達を特定の加振振動数において極めて効果的に遮断するとともに、基本共振振幅を適当に抑制することを可能ならしめたものである。
本発明による重層形振動遮断接続機構は、その接続する2節点の変位成分qA,qBが互いに“伸縮的”であるような“伸縮的振動系”、互いに“せん断的”であるような“せん断的振動系”、或いは互いに“回転的”であるような“回転的振動系”に適用しうるように具体化することができる。
それ等と対比して図1に示す本発明の重層形振動遮断接続機構により単一剛体を支持した場合(図2右上参照)の加振源から接続端への変位伝達率(数式6による算出)の結果を図2に示す。
すなわち、図2に見る力学系において基礎変位をx0=0と固定し、上部質量mに上下方向の定常加振力f=Feiωtを加えた場合、下部基礎に伝達される振動力をf0=F0eiωtとすると、この逆方向の力の伝達率Tf=|F0/F|も上記の変位伝達率T=|X/X0|と等価となる。すなわち、Tf=Tとなることが保証されている。
mS 等で表象されている現実のメカニズムは特開平9−177875号の明細書に例示したごとく様々のものとなる。
加振端変位から中層変位への変位伝達率:
T’=|X’/X0|・・・〔数5〕
加振端変位から接続端変位への変位伝達率:
T=|X/X0|・・・〔数6〕
を導くことができる。
既に示した図13,図14,図2の伝達率の曲線は全て数式6により算出されたものである。
図4にその概念図を示す。図4において、1は加振源側の回転軸、2は捩り振動忌避構造物側の回転軸で、この両回転軸1,2の間には遊星歯車3が介在されている。4はトーションラバースプリングで、その捩り粘弾性がkt’,ct’であり、また、5はトーションラバースプリングで、その捩り粘弾性がkt,ctである。この図4は本発明の本質的構造を伸縮的接続系の形で示した図1に正に対応するものに外ならず、変位および各接続要素を代表する諸記号の対応は〔表1〕に示すとおりである。
IB は太陽歯車(外歯車)の回転慣性モーメントであり、IC は太陽歯車(内歯車)と捩り振動忌避構造物側の回転軸を含めた主軸まわりの回転慣性モーメントである。
細長い、いわゆる高層建築ではなく、図5に見る如き比較的にずんぐりした多層建築物の主として水平動の地震入力に対する振動応答はせん断的接続系として解析的には近似し得るもので、本発明の手法により免制震の特性を効果的に高めることができる。すなわち、図5に見るように最低床m1 下に遮断層、その下に減衰層を設け、それらの特性を支配する諸定数を適当に設定することにより、免制震特性がいかに改善され得るかを以下に例示する。
c’ 減衰層の粘性接続要素
k 遮断層の弾性接続要素
k’ 減衰層の弾性接続要素
m 振動忌避構造物が単一質量である場合の質量
mS 遮断層の慣性接続要素(直列質量,シリーズマス)
m’ 減衰層の質量(層間質量)
x0,X0 加振源の変位と、その定常振動時の振幅
x’,X’ 減衰層の質量(層間質量)の変位と、その定常振動時の振幅
x,X 振動忌避構造物接続端の変位と、その定常振動時の振幅
θ0 加振源の回転変位
θ’ 減衰層の慣性モーメント(層間慣性モーメント)の回転変位
θ 振動忌避構造物接続端の回転変位
ω 円振動数
T 振動強制源から振動忌避構造物接続端への変位伝達率
T’ 振動強制源から減衰層質量(層間質量)への変位伝達率
Tf 図2右上の振動系において、x=0、すなわち基板を固定し、
上部質量に上下方向の定常加振力を加えた場合の、固定した
基板への力伝達率
図4において
1 加振源側の回転軸
2 捩り振動忌避構造物側の回転軸
3 遊星歯車
4 トーションラバースプリング
5 トーションラバースプリング
Claims (4)
- 2構造物A,B(あるいは1構造物内の2つの部分構造A,B)の特定の2節点の、それぞれ1つの節点変位成分(一般座標)qA,qBの間を、2種の接続要素すなわち弾性接続要素(それを代表するバネ定数をkとして、qA〜qB間に、位置エネルギーU=1/2・k(qA−qB)2を蓄積する特性を有する要素)および慣性接続要素(それを代表する慣性定数mSとして、qA〜qB間に、運動エネルギーT=1/2・mS(q A−q B)2を蓄積する特性を有する要素)とにより接続連結し、静荷重に対してはバネ定数kによる接続剛性を与えると同時に、何等かの加振源により誘起された定常または準定常振動状態において、前記静荷重により作用する接続力に重畳される振動成分に対しては、その加振円振動数ω(rad/s)に対応して、前記2定数k,mSをω=(k/mS)1/2の関係を成立させるごとく調整することにより、前記2接続要素を通しての接続力の振動成分を相殺させる第1の層に、さらに、質量、弾性接続要素、および粘性接続要素よりなる第2の層を加えた2層により、前記2節点間の振動力または正弦波の半波形を主体とする衝撃力の伝達を完全に遮断もしくは効果的に抑制することを特徴とする重層形振動遮断接続機構。
- 前記請求項1の機構を、その接続する2節点の変位成分qA,qBが互いに“伸縮的”であるような“伸縮的振動系”(例えば、床の上下方向免震装置、自動車のサスペンション、エンジン・マウント他あらゆる緩衝器など)に適用しうるように具体化したことを特徴とする重層形伸縮振動遮断接続機構。
- 前記請求項1の機構を、その接続する2節点の変位成分qA,qBが互いに“せん断的”であるような“せん断的振動系”(例えば、水平動地震下の、あまり高くない多層建築物など)に適用しうるように具体化したことを特徴とする重層形せん断振動遮断接続機構。
- 前記請求項1の機構を、その接続する2節点の変位成分qA,qBが互いに“回転的”であるような“回転的振動系”(例えば、動力伝達軸系など)に適用しうるように具体化したことを特徴とする重層形回転振動遮断接続機構。
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