片持ち平板の振動試験:DICで振動現象を可視化

板状の試験片の一端を加振機に固定し、加振した様子をDIC(デジタル画像相関法)で計測しました。

概要

振動にまつわる事がらは、騒音・部品の損傷・乗り物の乗り心地など多岐に渡り、ときには振動が深刻な破損トラブルを引き起こすことがあります。これは、機械部品や製品だけでなく、プラントや工場の設備、橋などの構造物にも言えます。DIC(デジタル画像相関法)を用いると、様々な要因で生じた実際の振動現象を測定し、可視化することができるため、現象の把握や装置トラブルの原因究明にお役立ていただけます。

本事例では、加振機に長さ約200mmのCFRP平板を取り付けて加振した様子を2台の高速度カメラ(ハイスピードカメラ)で撮影し、DICを適用しました。結果として、3次元的な変形の様子を捉え、詳細な分析を行うことができました。

なぜDIC?

  • 高速度カメラを使用することで高速現象も計測可能
  • 試験体全体の三次元的な変位とその方向を可視化可能
  • 事前にセンサの位置を決めずに、実験後に任意の点での測定値を分析可能
  • マーキングのパターン塗装をしないでも、シールによるマーキングで変位計測可能

計測結果

  • 使用カメラ:FASTCAM Mini AX (株式会社フォトロン)
  • 撮影速度:5000 fps
  • DIC解析ソフトウェア:GOM Correlate Professional 2019 (GOM GmbH)

三次元的な変位とその方向を可視化

   装置のセットアップ

実際に振動を撮影した画像と、DICで得られた変位量を示します。撮影は、加振方向に行われ、すなわち、動画中では試験片は面外方向に振動しています。動画内下段では、試験体に貼り付けたポイントシール(円形のマーカーシール)と、計測面内で設定した位置の変位の方向と大きさをベクトル表示しています。これにより、実際に生じている変形の全体像を把握することができます。

特定の位置での振動を分析

試験片の端部・中央部での変位(動画左下)、加振機付近での変位(動画右下)、試験片の中央線上の各時刻での変位(動画中央下)をそれぞれプロットしました。この場合では、振動の腹にあたる箇所の変位をグラフに表示していますが、DICを使用することでこのように、現象の全体像を捉えてから分析点を設定し、詳細な分析を行うことができます。得られた値を使用して、周波数解析を行うこともできます。

さらに振幅が小さい場合

上記の動画でお示ししました結果では、加振機の振幅が約140μm、試験片の最大変位が2mmでしたが、さらに小さな変位量でも測定可能です。

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