応用機械設計研究グループ 動的設計研究室（富岡研究室）

研究テーマ

機械が動くと必ず発生する振動・騒音を低減し、機械の性能や信頼性，快適性などの付加価値，の向上を目指した研究を行っています。
とくに，軽量化や構造簡素化により顕著となる「弾性振動」を低減する研究に力を入れています。
また，鉄道の専門研究機関での長年の経験に基づき，鉄道車両の快適性に関わる車体弾性振動問題などについても取り組んでいます。

最近の研究テーマ

鉄道車両をはじめ，一般の機械構造物に広く適用可能な振動低減技術の開発を目指したテーマで卒論・修論テーマを設定しています．
卒論や修論の成果は，講演会や査読付論文として積極的に公表しています。 また，これまで何名もの学生が学会講演等において表彰を受けています。

卒論・修論研究テーマの例

• 人体の制振効果を模擬した新しい制振デバイスの開発
• 連続体の振動解析に基づく多モード制振
• 鉄道車両の簡便で詳細な振動解析モデルの構築
• 減衰評価・減衰のモデル化に関する研究
• 新しい材料の減衰性能の評価と向上
• 波動伝搬理論に基づく制振
• 回転体の状態監視
• 編成車両の挙動の波動解析

研究内容の紹介

人体の制振効果を模擬した新しいマルチモード制振デバイスの開発

鉄道車両を設計する際，乗客は付加質量とみなしています．しかしこれまでの研究により，乗客に よる車体振動への影響としては，質量付与効果（固有振動数を低下させる効果）というより減衰付与効果（振動を減少させる 効果＝制振効果）が大きいことが明らかになっています．定員の数分の一以下の少人数の乗車でもかなりの制振効果が 認められることから，この効果を適切に模擬できれば，軽量な制振デバイスが実現できると期待されています． これは人体が粘弾性体であることや，いろいろな方向に振動することに起因するものと考えられますが， このような「乗客の影響を模擬した制振」はこれまでにない新しい発想です． この発想に基づき，これまでに鉄道車両の実車の制振に成功していますが，これを他の機械構造物や， 音の領域にも拡張することを目指して研究を進めています．

　　　　　　　　　　　　　　　　

*a: 2019年度卒論（特許出願中）， *b: 2018年度卒論（T. Tomioka and K. Minamisawa, EPI Int.J., 3-1(2020).）

連続体の振動解析に基づく多モード制振

例えば鉄道車両や航空機の機体，高層ビル，農業用播種機のアームのような細長い柔軟構造は，「はり」 （曲げモーメントを受けてたわみ変形する棒）としてモデル化することが可能です．はりのような 比較的単純な形状については，その形状の特徴を生かして連続体として振動解析を行う手法が適用でき， 数値計算を簡略化することができます．そのうえで粘弾性体の変形を活用した多モード動吸振器， アクティブマスダンパ（AMD）などを適用することで，合理的で効果的な多モード制振手法が実現できると 考えており，それらを目指した研究に取り組んでいます．

鉄道車両の簡便で詳細な振動解析モデルの構築

鉄道車両の車体は，薄板で構成された非常に細長い筒状の構造です．そのため，車体の弾性振動は車体が 一本の「はり」のように変形するものが主であると考えられており，車体振動低減に関する検討は，はり理論を 基に行われることが今でもよくやられています．ただし，実際の車体の振動は「はり」では表現できない複雑な ものも多く，そのような複雑な振動を表現できる簡便な振動解析モデルが求められています．当研究室では， 鉄道車両の車体を，屋根と床は弾性平板，側面は複数のはりの組み合わせ，前後の妻は剛体平板，とみなして それらをばねで接続することで箱形の構造を表現する振動解析手法の開発に取り組んでいます．







固有振動モード



の計算例

これまでの卒論・修論テーマ

2018年度卒業論文

• 柔軟構造物の弾性振動特性把握システムの構築
• 柔軟構造物の簡易な弾性振動解析手法
• 球状高吸水性樹脂を用いた構造物のマルチモード制振デバイスの検討
• 3軸を粘弾性支持した質量による小型動吸振器の開発
• 柔軟構造物の弾性振動を利用した発電手法に関する基礎的研究

2019年度卒業論文

• 薄板角筒状構造体の構造変更による弾性振動特性への影響
• ばね定数調整機能を有する制振機器吊り具の提案
• 球状粘弾性体に球状質量を埋め込んだ制振デバイスの検討
• 金属材料の減衰性能評価のための高信頼性損失係数測定手法の検討

2020年度卒業論文

• 粘弾性体に球状質量体を挿入した動吸振器の振動設計
• 多層金属構造はりの減衰性能評価
• 粘弾性体を使用した吊下げ式横振動動吸振器の設計と性能評価
• 非一様板状構造体の簡易な弾性振動解析モデル構築手法

2020年度修士論文

• 柔軟筒状構造物の簡易な弾性振動解析モデルの構築
• 多モード制振のための多軸動吸振器のモデル化と制振性能の検討
• 周波数応答関数を用いた実構造物の特性行列同定
• 制振周波数調整機能を備えた多軸動吸振器の開発

2021年度卒業論文

• 平板状構造物の特性行列同定のための制約条件設定に関する検討
• 多方向から支持された質量による動吸振器に関する理論の数値的・実験的検証
• 有限要素解析による周期的複合はりのバンドギャップ形成

2022年度卒業論文

• 周期的複合梁のバンドギャップ形成に関する解析モデルと検証実験方法の検討
• 慣性モーメント調整可能な並進回転型動吸振器による弾性平板の多モード制振
• 特性行列を用いた平板の構造変更可能性の検討
• 主系の特性変化に対応可能な動吸振器実現に向けたばね・減衰要素の検討
• 対象周波数調整可能な動吸振器による中ぐり棒のびびり振動抑制

2022年度修士論文

• 粘弾性体中に埋め込まれた質量による多軸・多モード制振デバイスの開発
• 金属積層材料を対象とした減衰特性評価のための解析モデル構築
• ゴムチューブを使用した空気圧ばねによる周波数調整可能な多軸動吸振器の開発
• 側面が曲率をもつ薄板箱形構造物とした鉄道車両の車体弾性振動解析モデルの構築

2023年度卒業論文

• 周期的構造の形状と配置によるバンドギャップ特性への影響
• 減衰特性解析のための積層理論と軽量性・剛性を考慮した高減衰金属積層材の構成に関する検討
• 周期複合はりにおける構造置きかえによるバンドギャップ特性への影響
• 非一様平板状構造体の振動解析のための分割平板モデル構築に関する数値的検討
• 平板型構造体の多モード制振における並進回転型3自由度動吸振器の提案と実験的検証

2023年度修士論文

• 限定された計測点からの情報に基づく特性行列推定精度向上に関する検討
• 多方向から支持された質量を用いた多軸動吸振器の構成と実構造物の多モード制振
• 金属から成る周期的複合はりの構成とバンドギャップ特性の関係に関する検討

これまでの研究室関連の受賞等（2017.4～）

教員

• 日本機械学会 教育賞（2018年度），富岡隆弘（共同受賞：吉田秀久，石田弘明，鈴木昌弘，道辻洋平，宮本岳史），2019.4.18
• 日本機械学会 機械力学・計測制御部門 部門講演会功労表彰（2022年度），富岡隆弘（共同受賞：D&D2022実行委員会メンバー 計24名），2023.8.30

学生

• 第1回本荘由利テクノネットワーク 学生パネル発表会 優秀講演賞（TDK賞），松﨑亮介，2020.2.20
• 日本機械学会 第29回交通・物流部門大会（TRANSLOG2020）優秀講演表彰，佐々木諒，2021.3.26
• 第2回本荘由利テクノネットワーク 学生発表会・コンテスト 優秀賞（三栄機械賞），石澤光，2021.4.16
• 第2回本荘由利テクノネットワーク 学生発表会・コンテスト 優秀賞（森井賞），照井駿磨，2021.4.16
• 日本鉄道サイバネティクス協議会 学生優秀講論文（優秀賞），佐々木諒，2021.11.11
• 日本機械学会 機械力学・計測部門講演会（D&D2021）若手優秀講演フェロー賞，石澤光，2022.4.14
• 第3回本荘由利テクノネットワーク 学生発表会・コンテスト 優秀賞（三栄機械賞），佐藤杏祐，2022.4.22
• 計測自動制御学会第23回システムインテグレーション部門講演会（SI2022）優秀講演賞，捧勇気，2022.12.23
• 日本機械学会 第31回交通・物流部門大会（TRANSLOG2022）若手優秀講演フェロー賞，山口静也，2023.3.23
• 日本機械学会 機械力学・計測部門講演会（D&D2022）若手優秀講演フェロー賞，捧勇気，2023.3.
• 第4回本荘由利テクノネットワーク 学生発表会・コンテスト 優秀賞（企業賞），内藤学哉，2023.4.

ページの先頭へ戻る