締め具を叩く、仮想ハンマーで剛性評価

従来の設計・開発では、実験から得られた剛性などのデータベースから個々のデータを利用するのが一般的である。だが、新たな機械を設計する際、データベースにない剛性の予測・評価には適用できず、ボルトの締結やゆるみなどによる剛性の変化についても、一般的かつ定量的な予測・評価法は確立されていないという。

東京都市大学 工学部機械工学科の岸本喜直講師ら研究チームは、データベースに頼らない剛性の予測・評価を可能にするため、締め付けたボルト・ナットをハンマーなどで叩いた際に生じる振動速度を、コンピュータ上で予測するシミュレーション技術を開発した。

つなぎ目における微小な凹凸が及ぼす剛性と応力分布への影響を数理的に見積もる力学モデルに基づき、機械の剛性と応力状態を演繹的に計算する、マルチスケール・シミュレータをデータ同化技術と組み合わせることで、機械全体の剛性、つなぎ目の微小な凹凸、つなぎ目の応力分布の三者を関連付け、実測振動値との合致をみた。

今回開発に成功したシミュレーション技術は――たとえば自動車産業において、強度が必要な部位には鋼を、そうでない部位には軽量なアルミ合金を用いるマルチマテリアル構造が主流となりつつあり、その締結方法は鋼製ボルトなどによるボルト締結だが、アルミ合金の強度が比較的低いために、負荷を与えすぎない程度の適正な締め付け力が必要とされている――材質の強度に応じたボルト・ナットの締め付け力を計算によって求められ、工程の短縮が可能となる。

トンネルや橋などの既設構造物に用いれば、保守管理の省力化とともに、熟練技術者不足の解消も期待できるという。