機械設計/共振時の振動方向と外力の方向

質問

現在、Ansysを利用した固有値解析について勉強中です。

共振現象とは、外力の振動数と、とある系の固有振動数が一致することで、振幅が増大する。よってこの固有値を上げるか下げるかして、外力と同じ固有振動数を系に持たせないことが重要。と勉強しました。
外力の振動方向は影響するのでしょうか？

例えば、車の固有値の解析をして、一次モードが200Hzで、マフラーがZ方向(地面鉛直)に揺れる固有振動数を持つ、とします。
車のX（地面水平方向）に200Hzの外力を加えた場合、マフラーは一切振動しないのでしょうか？それともマフラーはZ方向に共振するのでしょうか？

調べてもわかりませんでしたので、間違い等ご指摘していただければ、と思います。

回答No.1

kon555 · ベストアンサー

理論面は詳しくありませんが、実務的な構造で言えば各系の固有振動数は方向によって異なるはずです。
縦揺れで特定の周波数で共振する部品は、横揺れで共振するとは限りません(多くの場合しない)。
なので部品の加振テストなどでは、振動方向も設定して振動させるものです。

イメージ論で申し訳ないのですが、ステンレス定規をイメージしてみてください。厚み方向に対して、片持ち梁のように片側だけに荷重をかけてから離すと、ビィィン・・・と暫く振動します。
この振動に合わせて上手く力を加えると、振れは大きく早くなります。
これが共振です。
しかし定規の幅方向に同様の振動をかけても、定規が振れ出す事はないでしょう。
このように考えると(あるいは実験すると)方向による固有振動数の違いが理解しやすいかと思います。

お礼

ご回答ありがとうございました。
差し金のたとえ話、とてもわかりやすく助かりました。
他の方よりもご回答が早かったので、ベストアンサーとさせていただきました。

回答No.2

ohkawa3

＞車のX（地面水平方向）に200Hzの外力を加えた場合、マフラーは一切振動しないのでしょうか？
前のご回答の通り、振動を受けるシステムが振動方向に対して動力学的に対称構造であれば、起振方向以外の振動は生じませんが、動力学的に非対称な構造であれば、起振方向と直交する振動も発生すると考えることが妥当と思います。
一般的には、加振方向以外の振動は無視してもいい場合が多いと思いますが、構造の非対称性や共振倍率などによっては、加振方向以外の振動にも配慮する必要がある場合もあると思います。
申し訳ありませんが、定量的な判断基準をご提示できないことをお許し下さるようにお願いします。

お礼

ご回答ありがとうございました。
一般的に加振方向以外の振動は無視して良いとのこと、ご教授いただきありがとうございます。