ねじり座屈パターンをもつ2 層折り畳み構造からなる準ゼロ剛性防振機構

本研究の目的は、ねじり座屈パターンからなる2層折り畳み構造を用いた防振機構を試作し、その振動応答を実験的・理論的に明らかにすることである。双安定な構造はある変位領域において負のばね剛性を示すため、負のばね剛性を相殺するように正のばね剛性を持つばねを負荷すると準ゼロ剛性ばねを得ることができる。本研究では、ねじり座屈パターンからなる折り畳み構造を双安定な構造として用いる。振動中のねじれ挙動を避けるために、折り畳み構造を鏡面対称に 2つ重ね、2層折り畳み構造とした。2層折り畳み構造の各層に適切なばね剛性を持つコイルばねを並列に取り付け、準ゼロ剛性防振機構を設計・製作した。防振機構が伸縮する過程においてヒステリシスが生じたため、試作した防振機構は厳密には準ゼロ剛性にならず、加振実験では共振ピークが観察された。しかし、加振振幅が大きくなるほど、本防振機構のばね剛性はゼロに近づくため、振動特性は改善されることが分かった。さらに、共振周波数より高い周波数域においては、防振機構の変位はより大きくなるため、伝達率は下がる傾向が見られた。

This study aims to experimentally and theoretically clarify vibration response of the prototyped vibration isolator using the double-layered bistable foldable structure with torsional buckling pattern. As a bistable structure possesses negative spring stiffness in a given displacement range, it can function as quasi-zero- stiffness spring by adding a spring with positive stiffness and canceling the stiffnesses to zero. In this study, the foldable structures with torsional buckling pattern were studied as bistable structures. To avoid torsional motion during vibration, the structures were stacked in double layers in a mirror-symmetric manner. The vibration isolator with quasi-zero stiffness was designed by integrating coil springs with appropriate spring stiffness to each layer. In the excitation experiments, a resonant peak was observed as the stiffness of the prototyped vibration isolator was not zero due to the hysteresis during the deployment and contraction of the isolator；however, as the excitation amplitude was larger, the stiffness of the vibration isolator approached zero and the vibration response was improved. Furthermore, the transmissibility of the vibration isolator tended to decrease at frequencies higher than the resonant frequency owing to larger net displacement of the vibration isolator.

Vibration Control, Excitation Experiment, Deployable Structures, Bistable Structures,High-static-low-dynamic-stiffness Spring, Origami