JP2013216330A - Tank damping ratio estimation method, and design method for vibration response reduction tank using the tank damping ratio estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、呼吸モードと云われるタンクが膨張と収縮を繰り返す容積変化モードの一次振動に対する減衰比を推定するために用いるタンク減衰比推定方法、及び、該減衰比推定方法を用いた振動応答低減タンクの設計方法に関するものである。 The present invention relates to a tank damping ratio estimation method used for estimating a damping ratio with respect to a primary vibration of a volume change mode in which a tank, which is called a breathing mode, repeatedly expands and contracts, and vibration response reduction using the damping ratio estimation method The present invention relates to a tank design method.
船舶における機関室等の起振源の周辺に配置されているタンクは、起振源の起振振動数に共振するようになると、該タンクの振動が過大になり、該タンクの構造部材に損傷が生じる虞がある。そのため、起振振動数の影響を受けるタンクは、一般に、タンクの固有振動数を、起振振動数から離すようにさせる共振回避設計が行われている。 When a tank placed near a vibration source such as an engine room in a ship resonates with the vibration frequency of the vibration source, the vibration of the tank becomes excessive and damages the structural members of the tank. May occur. For this reason, a tank that is affected by the vibration frequency is generally designed to avoid resonance so that the natural frequency of the tank is separated from the vibration frequency.
ところで、タンクに生じる振動の１つとしては、呼吸モードと呼ばれる振動がある。この呼吸モードの振動は、タンクの構成壁が内部流体を介して相互干渉することにより、該タンクの構成壁、主として各側壁が同時に内側又は外側に動くようになることで、タンクが呼吸をするように膨張と収縮を繰り返す容積変化モードの振動である。 By the way, as one of the vibrations generated in the tank, there is a vibration called a breathing mode. This vibration in the breathing mode is caused by the tank's constituent walls interfering with each other through the internal fluid, so that the tank's constituent walls, mainly the side walls, move inward or outward at the same time so that the tank breathes. Thus, the vibration of the volume change mode repeats expansion and contraction.
上記呼吸モードの振動は、一次モードとして生じ、固有振動数が非常に低い。そのために、この呼吸モードの固有振動数は、起振振動数から離すことは難しい。 The vibration in the breathing mode occurs as a primary mode and has a very low natural frequency. For this reason, it is difficult to separate the natural frequency of this breathing mode from the vibration frequency.
そのために、従来は、タンクの構成壁の板厚を増加させたり、骨材の寸法を大きくしたりする設計を行って、呼吸モードの振動に対する共振回避を図るようにしていた。 For this purpose, conventionally, the design has been made to increase the plate thickness of the constituent wall of the tank or to increase the size of the aggregate to avoid the resonance with respect to the vibration in the breathing mode.
又、タンクの呼吸モードの振動に対する対策の別の手法としては、タンク内に、横管部の一端と、上端が閉塞された竪管部の下端部とを連通接続し、更に、上記横管部又は竪管部の内部に金網等の液体運動減衰手段を設けてなる構成のＬ字型管を設置することが従来提案されている。 As another method for countermeasures against vibration in the breathing mode of the tank, one end of the horizontal tube portion and the lower end portion of the soot tube portion closed at the upper end are communicated and connected to the tank. Conventionally, it has been proposed to install an L-shaped tube having a structure in which a liquid motion attenuating means such as a wire mesh is provided inside the pipe or the pipe.
かかる構成のタンクでは、該タンク内への液体の貯留により上記Ｌ字型管の横管部が液面下に没して竪管部に空気が封入されると、この封入空気がばね要素となり、Ｌ字型管内の液体が質量要素となる１自由度振動系が形成される。よって、上記Ｌ字型管内の液体の振動系が、タンクの呼吸モードの振動に共振するようにし、そのときの上記Ｌ字型管内での液体の運動を、上記液体運動減衰手段で減衰させることにより、タンクの呼吸モードの振動応答が小さくなるとされている（たとえば、特許文献１参照）。 In such a tank, when the liquid is stored in the tank and the horizontal tube portion of the L-shaped tube is submerged below the liquid surface and air is sealed in the soot tube portion, the sealed air becomes a spring element. A one-degree-of-freedom vibration system in which the liquid in the L-shaped tube becomes a mass element is formed. Therefore, the vibration system of the liquid in the L-shaped tube is made to resonate with the vibration of the breathing mode of the tank, and the movement of the liquid in the L-shaped tube at that time is attenuated by the liquid motion attenuating means. Therefore, the vibration response of the breathing mode of the tank is reduced (for example, refer to Patent Document 1).
ところが、タンクの呼吸モードの振動に対する共振を回避するために、タンクの構成壁の板厚を増加させたり、骨材の寸法を大きくさせたりする構成を採用する場合は、タンクが過度に剛な設計になるという問題がある。よって、重量やコストの増加に繋がるという問題がある。 However, in order to avoid resonance with the vibration of the breathing mode of the tank, when adopting a configuration in which the thickness of the constituent wall of the tank is increased or the size of the aggregate is increased, the tank is excessively rigid. There is a problem of becoming a design. Therefore, there is a problem that it leads to an increase in weight and cost.
特許文献１に示されたタンク内にＬ字型管を設ける手法は、該Ｌ字型管における竪管部の上端が閉塞されているために、横管部の他端側の開口を通して該Ｌ字型管に出入する液体の流量は少なく制限される。そのため、かかる手法では、たとえ、タンクの呼吸モードの振動に共振して上記Ｌ字型管内で生じる液体の運動を液体運動減衰手段で減衰させるようにしてあるとしても、該液体運動減衰手段を通る液体の量自体が少ないことから、タンク全体で生じている呼吸モードの振動に対して大きな減衰効果を得ることが難しい。
In the method of providing an L-shaped tube in the tank shown in
そこで、本発明者は、タンクの呼吸モードの振動を抑制するための工夫、研究を重ねた結果、起振振動数の影響を受けて呼吸モードの振動が生じるタンクは、その内部に、開口を備えた仕切板（以下、開口仕切板と云う）を設けた構成とすることにより、呼吸モードの振動の減衰に有効であることを見出した。 Therefore, the present inventor has devised and researched to suppress the vibration of the breathing mode of the tank. As a result, the tank in which the vibration of the breathing mode is affected by the vibration frequency has an opening in the inside. It has been found that the configuration provided with the provided partition plate (hereinafter referred to as an opening partition plate) is effective in damping the vibration in the breathing mode.
しかし、現状では、上記開口仕切板を備えた構成とするタンクについて、呼吸モードの振動の減衰比を求める手法、及び、その結果に基づいて呼吸モードの振動に対する応答を効率よく低減させることが可能なタンクを設計する手法は、具体的には特に提案されていないというのが実状である。 However, at present, it is possible to efficiently reduce the response to the vibration in the breathing mode based on the method for obtaining the damping ratio of the vibration in the breathing mode and the result for the tank having the configuration including the opening partition plate. In reality, no specific tank design method has been proposed.
よって、本発明は、開口仕切板を備える形式のタンクについて、呼吸モードの振動に対する減衰比を推定するために用いるタンク減衰比推定方法、及び、該タンク減衰比推定方法を用いた振動応答低減タンクの設計方法を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention relates to a tank damping ratio estimation method used for estimating a damping ratio with respect to vibration in a breathing mode, and a vibration response reduction tank using the tank damping ratio estimation method for a tank of the type having an opening partition plate. It is intended to provide a design method.
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、計算機に、開口を有する仕切板を液面下に備えたタンクのタンク構造モデルと、該タンクに呼吸モードの振動を誘起する起振源の起振振動数に対応する加振周波数及び加振振幅の設定値が与えられると、該計算機により、上記タンクの仮の減衰比を設定する工程と、上記設定された仮の減衰比と上記加振振幅を基に、周波数応答解析によりタンク壁応答振幅を求める工程と、上記求められたタンク壁応答振幅より上記仕切板よりも下方のタンク内部の容積変化を求めてから、上記仕切板の開口を通過する液体の開口通過流量の計算を行う工程と、上記開口通過流量を基に、タンク内の液体が上記仕切板の開口を通過する際の損失エネルギを計算する工程とを順に行い、更に、上記タンク構造モデルを基にした固有振動解析により、上記呼吸モードの振動に伴ってタンク構造が変形するときの振動系の最大運動エネルギを求める工程を別途行い、次いで、上記振動系の最大運動エネルギと、上記損失エネルギとを基に、減衰比を再計算する工程と、算出された減衰比を上記減衰比の再計算前に設定されていた減衰比と比較する工程を順に行い、両減衰比が予め設定してあるしきい値以下の差異に収束していない場合は、両減衰比の誤差を減少させるように減衰比を修正して更新する工程と、該修正された減衰比と、上記加振振幅を基に、周波数応答解析によりタンク壁応答振幅を求める工程を経た後、上記開口通過流量の計算を行う工程から、上記減衰比を再計算する工程で算出された減衰比を再計算前の減衰比と比較する工程までを順次繰り返して行い、上記減衰比を再計算する工程で算出された減衰比を再計算直前の減衰比と比較する工程にて、両減衰比が上記しきい値以下の差異に収束している場合は、直前の減衰比を再計算する工程で算出された減衰比を、上記開口を有する仕切板を備えたタンクの上記呼吸モードの振動に対する減衰比の推定値として採用するようにするタンク減衰比推定方法とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention, corresponding to
又、請求項２に対応して、請求項１記載のタンク減衰比推定方法を、開口を有する仕切板を液面下に備えたタンク内における該開口を有する仕切板の取付位置と、上記仕切板における開口の面積が設定されたタンク構造モデルと、該タンクに呼吸モードの振動を誘起する起振源の起振振動数に対応する加振周波数及び加振振幅の設定値が与えられた計算機により実施して、上記開口を有する仕切板を液面下に備えたタンクの上記呼吸モードの振動に対する減衰比の推定値を求める工程と、上記減衰比の推定値を基に、該減衰比、及び、上記加振振幅と、応答の関係から、タンクの構成壁の応答振幅を算出する工程と、該算出された応答振幅が、許容振幅の範囲内であるか否かを判断する工程を順に行い、上記算出された応答振幅が許容振幅の範囲内ではないと判断される場合は、上記仕切板の開口の面積について、該面積を縮小して再設定する工程を経た後、上記タンク減衰比推定方法により上記開口を有する仕切板を備えたタンクの減衰比の推定値を求める工程と、上記タンクの構成壁の応答振幅を算出する工程と、上記算出された応答振幅が許容振幅の範囲内であるか否かを判断する工程を順次繰り返して行い、上記算出された応答振幅が許容振幅の範囲内であると判断されると、その時点で設定されている仕切板の開口の面積を、上記仕切板を備えたタンクの設計に採用するようにする振動応答低減タンクの設計方法とする。
Corresponding to claim 2, the tank damping ratio estimation method according to
本発明は、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）請求項１に係る発明のタンク減衰比推定方法によれば、開口を有する仕切板を備えたタンクについて、起振源の起振振動数の影響を受けて呼吸モードの振動が生じる場合の減衰比として、タンク構造に基づく信頼性の高い推定結果を得ることができる。
（２）請求項２に係る発明の振動応答低減タンクの設計方法によれば、開口を有する仕切板を備えたタンクについて、起振源の起振振動数の影響を受けて該タンクに呼吸モードの振動が生じる場合に高い減衰比が得られるように、上記仕切板の開口の面積を設定することができる。したがって、上記所定の面積の開口を有する仕切板を備えたタンクは、起振源の起振振動数の影響を受けて呼吸モードの振動が生じるとしても、該振動に対する応答を低減させることが可能なタンクとさせることができる。
（３）しかも、上記開口を有する仕切板を備えたタンクは、減衰を大きくすることができるため、比較的柔構造でタンクを設計することができるようになることから、該タンクの製造コストの削減化に有利なものとすることができる。
The present invention exhibits the following excellent effects.
(1) According to the tank damping ratio estimation method of the invention according to
(2) According to the design method of the vibration response reducing tank of the invention according to
(3) In addition, since the tank provided with the partition plate having the opening can increase the attenuation, the tank can be designed with a relatively flexible structure. This can be advantageous for reduction.
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図１及び図２（ａ）（ｂ）は本発明タンクの減衰比推定方法の実施の一形態を示すものである。 1 and 2 (a) and 2 (b) show an embodiment of the damping ratio estimation method for a tank of the present invention.
ここで、先ず、本発明のタンクの減衰比推定方法を適用する対象となる図２（ａ）（ｂ）に示すタンク１の構成について説明する。
Here, first, the configuration of the
上記タンク１は、図示しない起振源の起振振動数の影響により呼吸モードの振動が生じる形状のタンク、たとえば、角型タンクとしてある。
The
上記タンク１の内部には、面内に開口３を有する仕切板（開口仕切板）２が、タンク内部を上下に仕切るように水平に取り付けられている。上記タンク１における上記開口仕切板２よりも上の部分は、上段タンク１ａ、開口仕切板２よりも下の部分は、下段タンク１ｂと云うものとする。
Inside the
上記タンク１内に開口仕切板２を取り付ける際の取付高さ位置ｈは、以下のようにして定めるものとする。
The mounting height position h when the
すなわち、上記開口仕切板２がないと仮定した状態のタンク１が、上記図示しない起振源の起振振動数の影響を受ける条件について固有振動解析を行う。この際、上記タンク１内の液体４の液位を変化させて固有振動数を変化させ、該タンク１の固有振動数が上記起振源の起振振動数に一致して共振するようになる共振液位を計算により求める。その結果に鑑みて、上記開口仕切板２の取付高さ位置ｈは、上記共振液位よりも低い位置になるように設定してある。
That is, the natural vibration analysis is performed on the condition that the
上記開口仕切板２の取付高さ位置ｈを定める場合は、更に、上記共振液位よりも低い位置となる範囲内で、該取付高さ位置ｈを仮に決めて上記タンク１内に開口仕切板２が取り付けられた構成についてのＦＥＭ計算を実施する。この際、上段タンク１ａの高さが高すぎる場合、すなわち、開口仕切板２の取付高さ位置ｈが低すぎる場合は、タンク１満液時における上記上段タンク１ａの固有振動数が、起振振動数よりも低くなる可能性がある。
よって、この場合は、上記開口仕切板２の取付高さ位置ｈを上げて、上段タンク１ａの固有振動数を増加させて、タンク１満液の際にも、上記上段タンク１ａの振動主体の固有振動数が、起振振動数から十分に上逃げするようになる位置に設定するようにしてある。
When the mounting height position h of the opening
Therefore, in this case, the mounting height position h of the opening
上記開口仕切板２における開口３は、その面積が、タンク１の断面積の数％となるように設定してある。
The area of the
以上の構成としてある上記タンク１は、以下の２つの要因によって、該タンク１の起振振動数に対する呼吸モードの振動応答が低減されるようになる。
In the
すなわち、起振振動数の影響によりタンク１に呼吸モードの振動が生じると、下段タンク１ｂが、容積変化する振動モードとなる。このために、上記下段タンク１ｂの内部液体４が、上記開口仕切板２の開口３を上下に交互に通過して該下段タンク１ｂに出入りする振動モードとなる。この際、上記開口３の面積が、タンク１の断面積に対して数％となるように小さく設定してあることから、該開口３を通過する液体４の流速は、上記呼吸モードの振動に伴うタンク１の構成壁の移動速度の数倍の速度となる。仮に、上記開口３の面積がタンク１の断面積の３％、すなわち、上記開口仕切板２の開口率が３％であるとすると、該開口３を通過する流速は、上記呼吸モードの振動時におけるタンク１の構成壁の移動速度の１０倍から３０倍程度の速度となる。
That is, when the breathing mode vibration is generated in the
したがって、上記タンク１の呼吸モードの振動時には、該タンク１内の液体４が、該タンク１の構成壁の移動速度に比して加速された流速で、上記開口仕切板２の開口３を上下方向に交互に通過するようになる。これにより、上記液体４が上記開口仕切板２の開口３を通るたびに、該液体４がオリフィスを通過するときと同様のエネルギ損失が生じるようになることから、上記下段タンク１ｂでは、容積変化する振動モードが減衰されるようになる。これが呼吸モードの振動応答の低減効果をもたらす第１の要因である。
Therefore, when the breathing mode of the
第２の要因は、上記したように、タンク１内における開口仕切板２の取付位置を、上記所定の取付高さ位置ｈに設定することである。これにより、上段タンク１ａは、タンク１が満液の状態で、該上段タンク１ａの振動主体の固有振動数が最も低い状態のときであっても、その固有振動数は起振振動数に対して上逃げしているため、上記タンク１の液位にかかわらず、該上段タンク１ａの上記起振振動数に対する共振が回避されるようになる。
As described above, the second factor is to set the mounting position of the opening
以上により、上記開口仕切板２を備えたタンク１は、起振振動数の影響の下で呼吸モードの振動が生じても、振動応答が減衰されるようになる。
As described above, the
本発明では、上記開口仕切板２を備えた構成のタンク１について、呼吸モードの振動応答の低減効果を把握できるようにするために、呼吸モードの振動に対する減衰比を求めるためのタンク減衰比推定方法を提供する。
In the present invention, in order to be able to grasp the effect of reducing the vibration response in the breathing mode for the
以下、本発明のタンク減衰比推定方法について説明する。 Hereinafter, the tank damping ratio estimation method of the present invention will be described.
本発明のタンク減衰比推定方法は、計算機（図示せず）にて、図１に示すフロー図の手順で処理を行うようにしてある。 The tank damping ratio estimation method of the present invention is processed by a computer (not shown) according to the flow chart shown in FIG.
すなわち、上記計算機には、予め、或る開口率に設定された開口３を有する開口仕切板２を備えたタンク１のタンク構造が、モデル化されて与えられる（ステップＡ１）。
That is, the tank structure of the
又、上記計算機には、仮の減衰比ζ１の設定値と、上記タンク１に呼吸モードの振動を誘起する上記図示しない起振源の起振振動数に対応する、加振周波数、及び、加振振幅の設定値も入力される（ステップＡ２）。
Further, the calculator includes an oscillating frequency corresponding to a set value of the provisional damping ratio ζ 1 and an excitation frequency of the excitation source (not shown) that induces a vibration of the breathing mode in the
上記のようにしてタンク構造モデル及び各設定値が与えられると、上記計算機では、該各設定値を基に、有限要素法（ＦＥＭ）による解析手法等を用いて、周波数応答解析を行って、加振振幅及び減衰比と、タンク壁応答振幅の関係を求める（ステップＡ３）。 When the tank structure model and each set value are given as described above, the calculator performs frequency response analysis using an analysis method or the like based on the finite element method (FEM) based on each set value. The relationship between the vibration amplitude and damping ratio and the tank wall response amplitude is obtained (step A3).
上記のようにしてタンク壁応答振幅が求められると、上記計算機は、該タンク壁応答振幅に基づく下段タンク１ｂの容積変化を求め、この求められた下段タンク１ｂの容積変化と、上記開口仕切板２の開口３の面積とから、開口通過流量の計算を行う（ステップＡ４）。
When the tank wall response amplitude is obtained as described above, the calculator obtains the volume change of the
次いで、上記計算機は、上記ステップＡ４で算出された開口通過流量を基に、タンク１内の液体４が該開口仕切板２の開口３を通るときに生じる損失エネルギＷＣの計算を行う（ステップＡ５）。この損失エネルギＷＣの計算は、たとえば、配管の圧力損失の式、特に、配管中にオリフィスが設けてある場合の圧力損失の式等を使用して計算を行うようにすればよい。
Next, the calculator calculates a loss energy W C generated when the liquid 4 in the
一方、上記計算機では、ステップＡ６で、上記ステップＡ２からステップＡ５とは別に、上記ステップＡ１で与えられるタンク１のタンク構造モデルを基に、固有振動解析を行い、タンク構造が呼吸モードの振動に伴って変形状態となるときに保有するエネルギを、振動系の最大運動エネルギ（最大歪みエネルギ）をＴｍａｘとして求めておく。この場合、上記固有振動解析の計算は、たとえば、ＮＡＳＴＲＡＮを用いて行うようにすればよい。
On the other hand, in the computer, in step A6, apart from the steps A2 to A5, the natural vibration analysis is performed based on the tank structure model of the
その後、上記計算機は、ステップＡ７に進んで、振動のエネルギと、構造のエネルギの比を用いて減衰比ζを求める。具体的には、上記ステップＡ５で算出された損失エネルギＷＣと、上記ステップＡ６で求めたＴｍａｘより、次式で表される減衰比ζを計算する。
ζ＝ＷＣ／（４π・Ｔｍａｘ）
Thereafter, the computer proceeds to step A7, and obtains the damping ratio ζ using the ratio of the vibration energy and the structure energy. Specifically, the energy loss W C calculated in step A5, from T max obtained in step A6, calculates the damping ratio ζ represented by the following formula.
ζ = W C / (4π · T max )
なお、このステップＡ７では、上記のようにして減衰比ζの算出を行う毎に、ζに２から開始される自然数ｎの添え字を順次付すようにするものとする。 In step A7, every time the damping ratio ζ is calculated as described above, a suffix of a natural number n starting from 2 is sequentially added to ζ.
上記ステップＡ７で減衰比ζｎが求められた後は、計算機は、ステップＡ８に進む。ステップＡ８では、その直前のステップＡ７で算出された減衰比ζｎと、上記ステップＡ５での損失エネルギＷＣの導出の過程で用いられた以前の減衰比ζｎ−１（後述するステップＡ９で修正された後にステップＡ５での損失エネルギＷＣの導出に用いられるζｎ−１´も含む）との比較を行い、両者の誤差が、予め設定してあるしきい値以下の差異に収束しているか否かの判断を行う。上記しきい値は、たとえば、上記誤差が０．１％の差異となる点に設定すればよい。 After the damping ratio ζ n is obtained in step A7, the computer proceeds to step A8. In step A8, the damping ratio ζ n calculated in the immediately preceding step A7 and the previous damping ratio ζ n-1 used in the process of deriving the loss energy W C in step A5 (in step A9 described later). After the correction, comparison is made with ζ n−1 ′ used for derivation of the loss energy W C in step A5), and the error of both converges to a difference equal to or less than a preset threshold value. Judge whether or not. The threshold value may be set, for example, at a point where the error is a difference of 0.1%.
なお、上記ステップＡ８が、本発明のタンク減衰比推定方法の開始後に初めて到達したステップＡ８である場合は、上記ステップＡ７で算出された減衰比ζ２について、上記ステップＡ２で設定された仮の減衰比ζ１との比較を行うようにするものとする。 It is to be noted that the step A8 is, the present invention when a step A8 of the first time has been reached after the start of the tank damping ratio estimation method, the damping ratio zeta 2 calculated in step A7, the temporary set in step A2 A comparison with the damping ratio ζ 1 is made.
上記ステップＡ８にて、減衰比ζｎとζｎ−１との誤差が０．１％を超えていると判断された場合は、上記計算機は、ステップＡ９に進んで、両者の誤差をターゲットとして設定し、この誤差を減少させるように減衰比ζｎを修正して、新たな減衰比ζｎ´として更新する。 If it is determined in step A8 that the error between the damping ratios ζ n and ζ n−1 exceeds 0.1%, the computer proceeds to step A9 and sets both errors as targets. It is set, and the damping ratio ζ n is corrected so as to reduce this error, and updated as a new damping ratio ζ n ′.
上記ステップＡ９にて、新たな減衰比ζｎ´が設定された後は、計算機は、ステップＡ１０へ進む。ステップＡ１０では、上記更新された減衰比ζｎ´と、上記ステップＡ１及びステップＡ２で既に設定されているタンク構造モデル、及び、加振周波数と加振振幅とを基に、上記ステップＡ３と同様に周波数応答解析を行って、タンク壁応答振幅を算出する。 After a new damping ratio ζ n ′ is set in step A9, the computer proceeds to step A10. In step A10, based on the updated damping ratio ζ n ′, the tank structure model already set in steps A1 and A2, and the vibration frequency and vibration amplitude, the same as in step A3. Then, the frequency response analysis is performed to calculate the tank wall response amplitude.
上記のようにしてタンク壁応答振幅が求められると、上記計算機は、上記ステップＡ４に戻って、該ステップＡ４からステップＡ５、ステップＡ７、ステップＡ８までの処理を実施する。 When the tank wall response amplitude is obtained as described above, the calculator returns to step A4 and performs the processing from step A4 to step A5, step A7, and step A8.
その後は、上記ステップＡ８にて、減衰比ζｎとζｎ−１との誤差が０．１％を超えていると判断される間は、上記計算機は、上記ステップＡ９、ステップＡ１０、ステップＡ４、ステップＡ５、ステップＡ７、ステップＡ８の処理サイクルを繰り返すようにしてある。 Thereafter, while it is determined in step A8 that the error between the damping ratio ζ n and ζ n−1 exceeds 0.1%, the calculator performs steps A9, A10, and A4. The processing cycle of step A5, step A7, and step A8 is repeated.
一方、上記ステップＡ８にて、減衰比ζｎとζｎ−１との誤差が０．１％以内の差異に収束したと判断された場合は、上記計算機は、ステップＡ１１に進んで、そのときの減衰比ζｎを、上記モデル化された開口仕切板２を備えたタンク１の減衰比ζの推定結果として採用する処理を行うようにしてある。
On the other hand, if it is determined in step A8 that the error between the damping ratio ζ n and ζ n−1 has converged to a difference of 0.1% or less, the calculator proceeds to step A11, and then of the damping ratio zeta n, it is to perform a process of employing as a result of estimation of the damping
なお、上記開口仕切板２を備えたタンク１の減衰比ζの推定結果は、その後のデータ処理の手法に応じて、上記計算機のメモリーに蓄積させるようにしてもよく、あるいは、ディスプレイや印刷に出力させるようにしてもよい。
Note that the estimation result of the damping ratio ζ of the
以上の構成としてある本発明のタンク減衰比推定方法によれば、開口仕切板２を備えたタンク１について、起振源の起振振動数の影響を受けて該タンク１に呼吸モードの振動が生じる場合にタンク１内の液体４が上記開口仕切板２の開口３を通過するときに生じる損失エネルギＷＣと、タンク構造が呼吸モードの振動に伴って変形状態となるときに保有する振動系の最大運動エネルギ（Ｔｍａｘ）との比である減衰比ζについて、繰り返し計算を行って誤差が収束するようにさせてあることから、タンク構造に基づく信頼性の高い減衰比ζの推定結果を得ることができる。
According to the tank damping ratio estimation method of the present invention having the above-described configuration, the
しかも、上記本発明のタンク減衰比推定方法を実際に実施する場合は、上記計算機に、開口仕切板２を備えたタンク１のタンク構造のモデル化されたものと、仮の減衰比ζ１の設定値と、上記タンク１に呼吸モードの振動を誘起する上記図示しない起振源の起振振動数に対応する、加振周波数、及び、加振振幅の設定値を入力するという簡便な操作により、上記タンク１について、上記起振源の起振振動数の影響により生じる呼吸モードの振動に対する減衰比ζを推定することができる。
In addition, when the tank damping ratio estimation method of the present invention is actually implemented, the above-mentioned calculator is used to model the tank structure of the
次に、図３は本発明の実施の他の形態として、上記実施の形態に示した本発明のタンク減衰比推定方法を利用した振動応答低減タンクの設計方法を示すものである。 Next, FIG. 3 shows, as another embodiment of the present invention, a vibration response reduction tank design method using the tank damping ratio estimation method of the present invention shown in the above embodiment.
すなわち、本実施の形態の振動応答低減タンクの設計方法は、計算機（図示せず）にて、図３に示すフロー図の手順で処理を行うようにしてある。 That is, in the design method of the vibration response reduction tank of the present embodiment, processing is performed by a computer (not shown) according to the flow chart shown in FIG.
なお、図３におけるステップＡ１からステップＡ１１は、上記実施の形態における図１に示したタンク減衰比推定方法のステップＡ１からステップＡ１１と同様の処理であるため、個々の処理内容の詳細な説明は省略する。 Note that steps A1 to A11 in FIG. 3 are the same processes as steps A1 to A11 of the tank damping ratio estimation method shown in FIG. 1 in the above embodiment, and therefore detailed descriptions of the individual processing contents are as follows. Omitted.
詳述すると、上記計算機は、開口３を有する開口仕切板２のタンク１に対する取付位置の設定が予め入力される（ステップＢ１）。なお、この際、前述したように、上記開口仕切板２の取付高さ位置ｈ（図２（ａ）参照）は、上段タンク１ａにおける振動主体の固有振動数が、起振振動数を十分に上逃げするように設定するものとする。
Specifically, in the calculator, the setting of the attachment position of the opening
次いで、上記計算機には、上記開口仕切板２における開口３の面積の設定が入力される（ステップＢ２）。
Next, the setting of the area of the
上記ステップＢ１、ステップＢ２により、開口仕切板２を備えたタンク１のタンク構造が決定されるため、上記計算機は、該タンク構造のモデル化されたものについて、上記実施の形態のタンク減衰比推定方法におけるステップＡ１からステップＡ１１までの処理を行う。これにより、上記計算機は、上記開口仕切板２を備えたタンク１について、起振源の起振振動数の影響により該タンク１に生じる呼吸モードの振動に対する減衰比ζの推定値を得る。
Since the tank structure of the
次いで、上記計算機は、上記ステップＡ１１で得られた減衰比ζの推定値を基に、該減衰比ζ、及び、ステップＡ２で入力される加振振幅と、応答の関係から、タンク１の構成壁の応答振幅を算出する（ステップＢ３）。
Next, based on the estimated value of the damping ratio ζ obtained in step A11, the calculator calculates the configuration of the
上記のようにして、タンク１の構成壁の応答振幅が算出されると、上記計算機では、該算出された応答振幅が、許容振幅の範囲内であるか否かの判断が行われる（ステップＢ４）。
When the response amplitude of the constituent wall of the
上記ステップＢ４にて、上記算出された応答振幅が許容振幅の範囲内ではないと判断された場合は、上記計算機は、ステップＢ２に戻って、開口仕切板２の開口３の面積を、予め定めてある割合で縮小して再設定する。
If it is determined in step B4 that the calculated response amplitude is not within the allowable amplitude range, the calculator returns to step B2 and determines the area of the
上記ステップＢ２にて開口仕切板２の開口３の面積が再設定された後は、上記計算機は、該ステップＢ２から、ステップＡ１乃至ステップＡ１１のタンク減衰比推定方法を経た後、ステップＢ３、ステップＢ４までの処理を実施する。
After the area of the
その後、上記計算機は、上記ステップＢ４にて、ステップＢ３で算出された応答振幅が許容振幅の範囲内であると判断されるようになるまで、上記ステップＢ２における開口仕切板２の開口３の面積の再設定から、上記ステップＢ４に至る処理サイクルを繰り返すようにしてある。
Thereafter, the calculator calculates the area of the
一方、上記ステップＢ４にて、ステップＢ３で算出された応答振幅が許容振幅の範囲内であると判断された場合は、上記計算機は、ステップＢ５に進んで、その時点で設定されている開口仕切板２の開口３の面積を、設計に採用して、設計処理を終了するようにしてある。
On the other hand, when it is determined in step B4 that the response amplitude calculated in step B3 is within the allowable amplitude range, the calculator proceeds to step B5, and the opening partition set at that time is determined. The area of the
なお、上記開口仕切板２の開口３の面積の設計結果は、その後のデータ処理の手法に応じて、上記計算機のメモリーに蓄積させるようにしてもよく、あるいは、ディスプレイや印刷に出力させるようにしてもよい。
The design result of the area of the
以上の構成としてある本実施の形態の振動応答低減タンクの設計方法によれば、開口仕切板２を備えたタンク１について、起振源の起振振動数の影響を受けて該タンク１に呼吸モードの振動が生じる場合であっても、上記開口仕切板２の開口３の面積を、高い減衰比ζが得られる面積に設定することができる。
According to the design method of the vibration response reducing tank of the present embodiment having the above-described configuration, the
したがって、上記所定の面積の開口３を有する開口仕切板２を備えたタンク１は、起振源の起振振動数の影響を受けて呼吸モードの振動が生じるとしても、該振動に対する応答を低減させることが可能なタンク１として実現することができる。
Therefore, the
しかも、上記開口仕切板２を備えたタンク１は、減衰を大きくすることができるため、比較的柔構造でタンク１を設計することができようになることから、タンク１の製造コストの削減化に有利なものとすることができる。
In addition, since the
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図２（ａ）（ｂ）に示したタンク１の上下方向寸法、水平面内での縦横の寸法、タンク構成壁の厚み寸法等のタンク構造の各部の寸法は、図示するための便宜上のものであり、実際のタンク１のタンク構造の寸法を反映したものではない。よって、本発明のタンク減衰比推定方法、及び、振動応答低減タンクの設計方法は、上下方向寸法、水平面内での縦横の寸法、タンク構成壁の厚み寸法等のタンク構造の各部の寸法が任意に設定されたタンク１に適用してよい。
In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, The vertical dimension of the
本発明のタンク減衰比推定方法、及び、振動応答低減タンクの設計方法の適用対象となるタンク１は、起振源の起振振動数の影響を受けて呼吸モードの振動が生じるものであれば、角形以外の任意の形状を備えたタンク１であってもよい。
The
ステップＡ３及びステップＡ１０では、周波数応答解析によりタンク壁応答振幅を求める際に、上記タンク１のタンク構成壁自体の構造や、タンク構成壁に対する付属部材の取り付け状況により、該タンク構成壁が単純な平板でない場合は、該タンク構成壁が振動するときに、単純な板の曲げ変形として近似して計算することができないことがある。このような場合は、人が別途計算手順を定めて、予め計算機にステップＡ３及びステップＡ１０における周波数応答解析の手法として設定するようにすればよい。
In Step A3 and Step A10, when the tank wall response amplitude is obtained by frequency response analysis, the tank constituent wall is simple depending on the structure of the tank constituent wall itself of the
ステップＡ３及びステップＡ１０における周波数応答解析の手法としては、ＦＥＭによる解析手法を例示したが、タンク構造モデルと加振振幅及び減衰比が与えられた条件の下で、タンク壁応答振幅を求めることができれば、ＦＥＭ以外の任意の周波数応答解析手法を採用してもよい。 As an example of the frequency response analysis method in step A3 and step A10, the FEM analysis method is exemplified. However, the tank wall response amplitude is obtained under the conditions given the tank structure model, the excitation amplitude, and the damping ratio. If possible, any frequency response analysis method other than FEM may be employed.
ステップＡ５における損失エネルギＷＣの計算手法としては、タンク１内の液体４が開口仕切板２の開口３を通るときの開口通過流量を基に、該液体４が上記開口３を通るときの損失エネルギＷＣを計算して求めることができれば、配管の圧力損失以外の任意の既存の圧力損失の式を採用するようにしてもよい。
Loss of time as the method of calculating the energy loss W C in step A5, based on an opening passing flow when the liquid 4 in the
ステップＡ６における固有振動解析の手法としては、ＮＡＳＴＲＡＮを例示したが、タンク構造モデルを基に、タンク構造が呼吸モードの振動に伴って変形状態となるときに保有するエネルギを、振動系の最大運動エネルギ（Ｔｍａｘ）として求めることができれば、ＮＡＳＴＲＡＮ以外の任意の固有振動解析手法を採用してもよい。 As a natural vibration analysis method in step A6, NASTRAN is exemplified. However, based on the tank structure model, the energy held when the tank structure is deformed in accordance with the vibration in the breathing mode is expressed as the maximum motion of the vibration system. Any natural vibration analysis method other than NASTRAN may be employed as long as it can be obtained as energy (T max ).
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
１ タンク
２ 開口仕切板（仕切板）
３ 開口
４ 液体
1
3 Opening 4 Liquid
Claims (2)
該計算機により、
上記タンクの仮の減衰比を設定する工程と、
上記設定された仮の減衰比と上記加振振幅を基に、周波数応答解析によりタンク壁応答振幅を求める工程と、
上記求められたタンク壁応答振幅より上記仕切板よりも下方のタンク内部の容積変化を求めてから、上記仕切板の開口を通過する液体の開口通過流量の計算を行う工程と、
上記開口通過流量を基に、タンク内の液体が上記仕切板の開口を通過する際の損失エネルギを計算する工程とを順に行い、
更に、上記タンク構造モデルを基にした固有振動解析により、上記呼吸モードの振動に伴ってタンク構造が変形するときの振動系の最大運動エネルギを求める工程を別途行い、 次いで、上記振動系の最大運動エネルギと、上記損失エネルギとを基に、減衰比を再計算する工程と、
算出された減衰比を上記減衰比の再計算前に設定されていた減衰比と比較する工程を順に行い、
両減衰比が予め設定してあるしきい値以下の差異に収束していない場合は、両減衰比の誤差を減少させるように減衰比を修正して更新する工程と、
該修正された減衰比と、上記加振振幅を基に、周波数応答解析によりタンク壁応答振幅を求める工程を経た後、上記開口通過流量の計算を行う工程から、上記減衰比を再計算する工程で算出された減衰比を再計算前の減衰比と比較する工程までを順次繰り返して行い、
上記減衰比を再計算する工程で算出された減衰比を再計算直前の減衰比と比較する工程にて、両減衰比が上記しきい値以下の差異に収束している場合は、直前の減衰比を再計算する工程で算出された減衰比を、上記開口を有する仕切板を備えたタンクの上記呼吸モードの振動に対する減衰比の推定値として採用する
ことを特徴とするタンク減衰比推定方法。 In the computer, a tank structure model of a tank provided with a partition plate having an opening below the liquid level, and an excitation frequency and an excitation amplitude corresponding to the excitation frequency of the excitation source that induces the vibration of the breathing mode in the tank Given a set value of
With the calculator
Setting a temporary damping ratio for the tank;
Based on the set temporary damping ratio and the excitation amplitude, a step of obtaining a tank wall response amplitude by frequency response analysis;
Calculating a volume change inside the tank below the partition plate from the determined tank wall response amplitude, and then calculating an opening passage flow rate of the liquid passing through the opening of the partition plate;
Based on the opening passage flow rate, sequentially performing a process of calculating a loss energy when the liquid in the tank passes through the opening of the partition plate,
Further, a separate step of obtaining the maximum kinetic energy of the vibration system when the tank structure is deformed with the vibration of the breathing mode by the natural vibration analysis based on the tank structure model, Recalculating the damping ratio based on the kinetic energy and the loss energy,
In order, compare the calculated attenuation ratio with the attenuation ratio that was set before recalculation of the above-mentioned attenuation ratio,
If both attenuation ratios have not converged to a difference below a preset threshold, the step of correcting and updating the attenuation ratio to reduce the error of both attenuation ratios;
The step of recalculating the damping ratio from the step of calculating the opening passage flow rate after the step of obtaining the tank wall response amplitude by frequency response analysis based on the corrected damping ratio and the excitation amplitude. Repeat the process of comparing the damping ratio calculated in step 1 with the damping ratio before recalculation.
In the step of comparing the attenuation ratio calculated in the step of recalculating the attenuation ratio with the attenuation ratio immediately before the recalculation, if both attenuation ratios converge to a difference equal to or less than the threshold value, the immediately preceding attenuation A tank damping ratio estimation method, wherein the damping ratio calculated in the step of recalculating the ratio is adopted as an estimated value of the damping ratio with respect to vibration in the breathing mode of the tank having the partition plate having the opening.
上記減衰比の推定値を基に、該減衰比、及び、上記加振振幅と、応答の関係から、タンクの構成壁の応答振幅を算出する工程と、
該算出された応答振幅が、許容振幅の範囲内であるか否かを判断する工程を順に行い、 上記算出された応答振幅が許容振幅の範囲内ではないと判断される場合は、上記仕切板の開口の面積について、該面積を縮小して再設定する工程を経た後、
上記タンク減衰比推定方法により上記開口を有する仕切板を備えたタンクの減衰比の推定値を求める工程と、上記タンクの構成壁の応答振幅を算出する工程と、上記算出された応答振幅が許容振幅の範囲内であるか否かを判断する工程を順次繰り返して行い、
上記算出された応答振幅が許容振幅の範囲内であると判断されると、その時点で設定されている仕切板の開口の面積を、上記仕切板を備えたタンクの設計に採用するようにする ことを特徴とする振動応答低減タンクの設計方法。 2. The tank damping ratio estimating method according to claim 1, wherein a partition plate having an opening in a tank provided with a partition plate having an opening below the liquid surface, and a tank in which an area of the opening in the partition plate is set. The partition having the opening is implemented by a computer having a structural model and a set of excitation frequency and excitation amplitude corresponding to the excitation frequency of the excitation source for inducing vibration in the breathing mode in the tank. Obtaining an estimated value of the damping ratio for vibration of the breathing mode of a tank equipped with a plate below the liquid level;
Calculating the response amplitude of the constituent wall of the tank from the relationship between the attenuation ratio and the excitation amplitude and the response based on the estimated value of the attenuation ratio;
If the calculated response amplitude is determined to be within the allowable amplitude range, the step of determining whether or not the calculated response amplitude is not within the allowable amplitude range is performed. After passing through the step of reducing and resetting the area of the opening of
A step of obtaining an estimated value of a damping ratio of a tank having a partition plate having the opening by the tank damping ratio estimating method, a step of calculating a response amplitude of a constituent wall of the tank, and the calculated response amplitude being allowable. Repeat the process of determining whether or not it is within the amplitude range,
When it is determined that the calculated response amplitude is within the allowable amplitude range, the area of the opening of the partition plate set at that time is adopted in the design of the tank including the partition plate. A method for designing a vibration response reducing tank.
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|---|---|---|---|---|
| CN109632224A (en) * | 2018-12-07 | 2019-04-16 | 武昌船舶重工集团有限公司 | A kind of ship pedestal ratio of damping measuring device and measurement method |
-
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