動吸振器
動吸振器(どうきゅうしんき、dynamic vibration absorber、DVA)またはダイナミックダンパ(dynamic damper)とは、振動する対象物に、補助的な質量体をばねなどを介して付加することにより、対象物の固有振動数周辺での共振現象を抑制する装置のことである。端的には、補助質量体が対象物の振動を肩代わりして振動することで、対象物が振動しないようにする装置である。
振動抑制技術のうち最も基本的なものの一つであり、機械をはじめ建築、土木などの分野でも用いられる。同調質量ダンパ(チューンドマスダンパ、Tuned Mass Damper、TMD)や質量ダンパ(マスダンパ、Mass Damper)などとも呼ばれる。
1883年にP・ワッツ(P. Watts)に考案され、1909年にハーマン・フラーム(Hermann Frahm)により最初に特許出願された。
m m x ̈ m + c m ( x ̇ m − x ̇ 0 ( t ) ) + k m ( x m − x 0 ( t ) ) + c a ( x ̇ m − x ̇ a ) + k a ( x m − x a ) = 0 {\displaystyle m_{m}{\ddot {x}}_{m}+c_{m}({\dot {x}}_{m}-{\dot {x}}_{0}(t))+k_{m}(x_{m}-x_{0}(t))+c_{a}({\dot {x}}_{m}-{\dot {x}}_{a})+k_{a}(x_{m}-x_{a})=0}
m a x ̈ a + c a ( x ̇ a − x ̇ m ) + k a ( x a − x m ) = 0 {\displaystyle m_{a}{\ddot {x}}_{a}+c_{a}({\dot {x}}_{a}-{\dot {x}}_{m})+k_{a}(x_{a}-x_{m})=0}
主系に対して力励振f = f0sin(Ωt)が加わる場合は、主系の変位倍率は次のように求まる。
| X m x s t | = ( α 2 − β 2 ) 2 + ( 2 ζ a α β ) 2 A 2 + 4 B 2 {\displaystyle \left|{\frac {X_{m}}{x_{st}}}\right\vert ={\sqrt {\frac {(\alpha ^{2}-\beta ^{2})^{2}+(2\zeta _{a}\alpha \beta )^{2}}{A^{2}+4B^{2}}}}}
機械や建造物に振動が発生するとき、多くの場合で振動が害をなすので振動を抑制したい。特に、振動を発生させる力の振動数と対象物の固有振動数が近い場合、共振が発生して大きな振動が発生する(強制振動なども参照)。これを避けるためには対象物の固有振動数を変更するなどの適切な振動特性を対象物に与える必要がある。しかし実際の機械や建造物の設計では、種々の制約条件により対象物自体の特性を都合良く変更することができないことも多い。このようなときに、対象物に補助的な質量体を取り付け、この質量体に対象物の振動を吸収させて代わりに振動させることで対象物の振動抑制を図るのが動吸振器である。建造物における設計思想の「耐震」・「制振」・「免震」の内、「制振」に分類される装置に該当する。