JP2001350741A - Method and device for analyzing vibration and computer readable recording medium - Google Patents

Method and device for analyzing vibration and computer readable recording medium

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JP2001350741A
JP2001350741A JP2000167739A JP2000167739A JP2001350741A JP 2001350741 A JP2001350741 A JP 2001350741A JP 2000167739 A JP2000167739 A JP 2000167739A JP 2000167739 A JP2000167739 A JP 2000167739A JP 2001350741 A JP2001350741 A JP 2001350741A
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JP
Japan
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matrix
mass matrix
mass
frequency
analyzed
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JP2000167739A
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Japanese (ja)
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Masaaki Okuma
政明 大熊
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Rikogaku Shinkokai
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Rikogaku Shinkokai
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method, a device and a computer readable recording medium for the method of characteristics matrix identification by way of single site excitation experiment. SOLUTION: A program contains processing for finding coordinate data at the measuring point of an analysis target, processing for finding a frequency response function by exciting the analysis target on a single site, processing for finding a limit conditional expression between characteristics matrix components from the principle of mechanics that the mass matrix of an arbitrary elastic structure model can be transformed to a rigid mass matrix, the rigid mass matrix becomes a certain specified component and the analysis target does not generate distortion and stress in all areas in a rigid body moving state, processing for identifying mode characteristics by setting a resonance frequency inside an identification frequency band and processing for finding the mass matrix and the rigid matrix while using a nonattenuated peculiar vibration number and a peculiar mode, which are provided by identifying the mode characteristics, as a target value, and such a program is stored from an FD 101, which is a storage medium, to a storage device 129 and run by a central processing unit 128.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は、振動実験結果か
ら直接特性行列を求める実験的特性行列同定法に関し、
構造物に単一の加振を与えて得られる多点周波数応答関
数を用いて構造物の振動を解析する方法および装置に関
する。さらに、この方法を実行させるためのプログラム
を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an experimental characteristic matrix identification method for directly obtaining a characteristic matrix from a vibration experiment result,
The present invention relates to a method and an apparatus for analyzing a vibration of a structure using a multipoint frequency response function obtained by applying a single excitation to the structure. Further, the present invention relates to a computer-readable recording medium on which a program for executing the method is recorded.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種の機械や構造物などの振動に対し
て、何らかの対策を施す必要があるとき、まず、振動特
性を何らかの方法で把握し、動特性を表現する数式モデ
ルを決定する。一般に、この数式モデルを決定すること
を「系を同定する」と呼ぶが、この同定法には、理論的
同定法と実験的同定法とがある。
2. Description of the Related Art When it is necessary to take some measure against vibrations of various machines and structures, first, vibration characteristics are grasped by some method, and a mathematical model expressing dynamic characteristics is determined. Determining the mathematical model is generally referred to as "identifying the system". The identification method includes a theoretical identification method and an experimental identification method.

【0003】理論的同定法では、有限要素法(FEM )を
用いて構造物を離散化し、特性行列を決定する方法が主
流である。一方、実験的同定法では、解析対象の構造物
に加振実験を行い周波数応答関数(伝達関数)を得てモ
ード特性を同定するモード特性同定法が主流である。さ
らに、このモード特性同定法には、1自由度法、多点自
由度法および多点参照法がある。1自由度法は、1つの
周波数応答関数に含まれる1つの固有モードのみに着目
して、これを同定する方法である。多自由度法は、異な
る固有モードどうしの影響を考慮しながら複数の固有モ
ードのモード特性を同時に同定する方法である。多点参
照法は、複数の周波数応答関数を同時に参照することに
より全体項(固有振動数、モード減衰比)の精度を高め
るとともに一貫したモード特性を得る方法である。
In the theoretical identification method, a method of discriminating a structure using a finite element method (FEM) and determining a characteristic matrix is mainly used. On the other hand, in the experimental identification method, a modal characteristic identification method of performing a vibration experiment on a structure to be analyzed and obtaining a frequency response function (transfer function) to identify a modal characteristic is mainly used. Further, the modal characteristic identification method includes a one-degree-of-freedom method, a multipoint degree of freedom method, and a multipoint reference method. The one-degree-of-freedom method focuses on only one eigenmode included in one frequency response function and identifies it. The multi-degree-of-freedom method is a method for simultaneously identifying the mode characteristics of a plurality of eigenmodes while considering the influence of different eigenmodes. The multipoint reference method is a method of simultaneously referring to a plurality of frequency response functions to improve the accuracy of the entire term (eigenfrequency, mode damping ratio) and obtain a consistent mode characteristic.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、理論的同定
法では、離散化を行っているため、複雑な構造物に対し
ては精度のよいモデル化が難しいという問題がある。そ
して、特性行列の一つである減衰行列を決定できないと
いう問題もある。一方、実験的同定法では、低次の固有
振動数から必要なモードのみを取り出して自由度を縮小
する近似手法であるため、全自由度の特性行列を構築す
ることが困難であるという問題がある。さらに、実験的
同定法では、6自由度のうち3自由度は物理法則により
他の3自由度に従属させることができるとしても、なお
3自由度は独立であるため、少なくとも場所の異なる3
点について加振実験を行う必要があるという問題があ
る。
However, in the theoretical identification method, since discretization is performed, there is a problem that it is difficult to accurately model a complicated structure. There is also a problem that the attenuation matrix, which is one of the characteristic matrices, cannot be determined. On the other hand, the experimental identification method is an approximation method that takes out only the necessary modes from the low-order natural frequencies and reduces the degrees of freedom.Therefore, it is difficult to construct a characteristic matrix with all degrees of freedom. is there. Furthermore, in the experimental identification method, even though three of the six degrees of freedom can be made to depend on the other three degrees of freedom according to the laws of physics, since the three degrees of freedom are still independent, at least three different degrees of location are different.
There is a problem that it is necessary to perform a vibration experiment on a point.

【0005】そこで、本発明では、構造物に単一の加振
を与えて得られる多点周波数応答関数から直接特性行列
を求めることができる、振動解析の方法および装置を提
供することを目的とする。さらに、この方法を実行させ
るためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可
能な記録媒体を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a vibration analysis method and apparatus capable of directly obtaining a characteristic matrix from a multipoint frequency response function obtained by applying a single excitation to a structure. I do. It is another object of the present invention to provide a computer-readable recording medium on which a program for executing this method is recorded.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の手段で
は、振動解析の装置において、解析対象物の測定点にお
ける座標データを求める第1処理手段と、解析対象物の
1つの場所を加振して測定点における周波数応答関数を
求める第2処理手段と、任意の弾性構造物モデルの質量
行列が剛体質量行列に変換できること、剛体質量行列が
或る特定の要素構成となること、および、剛体運動状態
では解析対象物がそのすべての領域でひずみと応力とを
生じないこと、という力学原理から特性行列成分間の制
約条件式を求める第3処理手段と、周波数応答関数に基
づいて同定すべき周波数帯域内の共振周波数を設定しモ
ード特性を同定する第4処理手段と、モード特性の同定
から得られる不減衰固有振動数および固有モードを目標
値として制約条件式に基づき質量行列および剛性行列を
求める第5処理手段とを備えて構成される。
According to a first means of the present invention, in a vibration analyzing apparatus, a first processing means for obtaining coordinate data at a measurement point of an object to be analyzed and one location of the object to be analyzed are added. Second processing means for shaking to obtain a frequency response function at the measurement point, that the mass matrix of any elastic structure model can be converted to a rigid body mass matrix, that the rigid body mass matrix has a specific element configuration, and A third processing means for obtaining a constraint expression between characteristic matrix components from a dynamic principle that an object to be analyzed does not generate strain and stress in all regions in a rigid body motion state, and identification based on a frequency response function. Fourth processing means for setting a resonance frequency within a power frequency band and identifying a mode characteristic, and a constraint condition expression using a target value of an undampered natural frequency and an eigenmode obtained from the identification of the mode characteristic Constructed and a fifth processing means for determining the mass matrix and the stiffness matrix based.

【0007】そして、本発明の第2の手段では、第1の
手段の装置において、測定された周波数応答関数から減
衰行列を求める第6処理手段と、求められた質量行列、
剛性行列および減衰行列から決定される周波数応答関数
を測定された周波数応答関数にほぼ適合するように最適
化する第7処理手段をさらに備えて構成される。また、
本発明の第3の手段では、第1の手段または第2の手段
の装置において、力学原理の中の任意の弾性構造物モデ
ルの質量行列が剛体質量行列に変換できることは、後述
される式1および式2で表現される。
According to a second means of the present invention, in the apparatus of the first means, a sixth processing means for obtaining an attenuation matrix from the measured frequency response function;
The apparatus further includes seventh processing means for optimizing a frequency response function determined from the stiffness matrix and the damping matrix so as to substantially match the measured frequency response function. Also,
According to the third means of the present invention, in the device of the first means or the second means, the mass matrix of any elastic structure model in the principle of dynamics can be converted into a rigid mass matrix by the following equation 1 And Expression 2.

【0008】さらに、本発明の第4の手段では、第1の
手段または第2の手段の装置において、力学原理の中の
剛体質量行列が或る特定の要素構成となることは、後述
される式3で表現される。また、本発明の第5の手段で
は、第4の手段の装置において、補正係数αは、1.0
≦補正係数α≦1.3である。
Further, in the fourth means of the present invention, it will be described later that in the device of the first means or the second means, the rigid body mass matrix in the dynamic principle has a specific element configuration. It is expressed by Equation 3. According to a fifth aspect of the present invention, in the device of the fourth aspect, the correction coefficient α is 1.0
≤ correction coefficient α ≤ 1.3.

【0009】さらに、本発明の第6の手段では、第1の
手段ないし第5の手段のいずれか1つの手段の装置にお
いて、求められた質量行列に、目標値とされた固有モー
ドおよび不減衰固有振動数を用いて、後述される式8お
よび式9により質量行列および剛性行列を修正する第8
処理手段をさらに備えて構成される。また、本発明の第
7の手段では、第1の手段ないし第5の手段のいずれか
1つの手段の装置において、求められた質量行列および
剛性行列、ならびに、目標値とされた固有モードを用い
て、後述される式10の特性行列成分間の制約条件式を
求める第9処理手段と、すべての剰余固有振動数を同定
すべき周波数帯域より高い周波数に移動する第10処理
手段をさらに備えて構成される。
Further, according to a sixth aspect of the present invention, in the apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the eigenmode and the non-attenuation set as the target value are added to the obtained mass matrix. Using the natural frequency, modify the mass matrix and the stiffness matrix according to Equations 8 and 9 described below.
It further comprises processing means. According to a seventh aspect of the present invention, in the apparatus of any one of the first to fifth means, the obtained mass matrix and stiffness matrix and the eigenmode set as the target value are used. Ninth processing means for obtaining a constraint condition expression between characteristic matrix components of Expression 10 described later, and tenth processing means for moving all the residual natural frequencies to frequencies higher than the frequency band to be identified. Be composed.

【0010】さらに、本発明の第8の手段では、第1の
手段ないし第7の手段のいずれか1つの手段の装置にお
いて、共振周波数は、第1共振周波数である。本発明
は、解析対象物を弾性構造体として扱い、下記ないし
の3つの力学原理と測定点の座標とから同定すべき特
性行列の要素間制約条件を生成する。この力学原理は、
任意の弾性構造物モデルの質量行列が剛体質量行列に
変換できること、剛体質量行列が或る特定の要素構成
となること、および、剛体運動状態では前記解析対象
物がそのすべての領域でひずみと応力とを生じないこと
である。
Further, according to an eighth aspect of the present invention, in the apparatus according to any one of the first to seventh means, the resonance frequency is the first resonance frequency. The present invention treats an object to be analyzed as an elastic structure, and generates an inter-element constraint condition of a characteristic matrix to be identified from the following three dynamic principles and the coordinates of a measurement point. This dynamic principle is
That the mass matrix of any elastic structure model can be converted to a rigid body mass matrix, that the rigid body mass matrix has a specific element configuration, and that in the case of rigid body motion, the object to be analyzed has strain and stress in all its regions. And does not occur.

【0011】そして、実験測定された周波数応答関数の
第1次共振モードまたは第1次共振モードから適当な次
数までの複数の共振モードを用いて、特性行列の同定を
行う。これによって、すべての剛体特性の同定を行うこ
とができる。
The characteristic matrix is identified by using the first-order resonance mode of the frequency response function measured experimentally or a plurality of resonance modes from the first-order resonance mode to an appropriate order. As a result, all rigid body characteristics can be identified.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】(実施形態の構成)本実施形態は、請求項
1ないし請求項24に記載の発明にかかる解析装置であ
る。図1は、本実施形態における解析装置のブロック図
である。図1において、解析装置は、測定部と解析部と
に大別される。測定部は、打撃ハンマ111、力変換器
112、加速度計113、増幅器114、115および
外部インタフェイス部121を備えて構成される。解析
部は、フレキシブルディスク装置(以下、「FD装置」
と略記する。)122、フレキシブルディスク制御部
(以下、「FD制御部」と略記する。)123、入力装
置124、入力制御部125、出力装置126、出力制
御部127、バス130、中央処理装置128および記
憶装置129を備えて構成される。
(Structure of the Embodiment) The present embodiment is an analyzer according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram of an analyzer according to the present embodiment. In FIG. 1, the analysis device is roughly divided into a measurement unit and an analysis unit. The measuring unit includes a hammer 111, a force converter 112, an accelerometer 113, amplifiers 114 and 115, and an external interface unit 121. The analysis unit is a flexible disk device (hereinafter, “FD device”).
Abbreviated. ) 122, a flexible disk control unit (hereinafter abbreviated as “FD control unit”) 123, an input device 124, an input control unit 125, an output device 126, an output control unit 127, a bus 130, a central processing unit 128, and a storage device. 129.

【0014】打撃ハンマ111は、解析対象物140に
加振を与え、その加えられた力の大きさは、打撃ハンマ
111に設けられた力変換器112によって電気信号に
変換される。この電気信号は、増幅器114で増幅され
た後に外部インタフェース121に出力される。
The impact hammer 111 applies vibration to the object 140 to be analyzed, and the magnitude of the applied force is converted into an electric signal by a force converter 112 provided on the impact hammer 111. This electric signal is output to the external interface 121 after being amplified by the amplifier 114.

【0015】加速度計113は、変換器として用いら
れ、ピエゾ素子によって、解析対象物140に発生した
加速度の大きさを測定してこれを電気信号に変換する。
この電気信号は、増幅器115で増幅された後に外部イ
ンタフェース121に出力される。解析者は、注目した
い次数までの固有モードを幾何学的に充分よく表現する
ことができる程度に適切な分布と数で測定点を決定し、
加速度計113は、その決定箇所に取り付けられる。
The accelerometer 113 is used as a converter, measures the magnitude of acceleration generated on the object 140 by a piezo element, and converts it into an electric signal.
This electric signal is output to the external interface 121 after being amplified by the amplifier 115. The analyst decides the measurement points with an appropriate distribution and number so that the eigenmodes up to the order of interest can be expressed geometrically well enough,
The accelerometer 113 is attached to the determined location.

【0016】外部インタフェース121は、入力された
電気信号を標本化してディジタル信号に変換し、解析部
に合った信号レベルに調整して、バス130に信号を出
力する。FD装置122は、FD制御部123によって
制御され、記録媒体の1つであるフレキシブルディスク
(以下、「FD」と略記する。)101に記録された本
発明にかかるプログラムを解析装置100にインストー
ルしたり、解析結果をこのFD101または別のFDに
記録したりする。
The external interface 121 samples the input electric signal, converts it into a digital signal, adjusts the signal level to a level suitable for the analysis unit, and outputs the signal to the bus 130. The FD device 122 is controlled by the FD control unit 123, and installs the program according to the present invention, which is recorded on a flexible disk (hereinafter abbreviated as “FD”) 101, which is one of the recording media, into the analysis device 100. Alternatively, the analysis result is recorded in the FD 101 or another FD.

【0017】入力装置124は、キーボード、マウスお
よびデジタイザなどの入力機器であり、入力制御部12
5によって制御される。解析者は、入力装置125を操
作してコマンドや解析対象の形状などの各種データを入
力する。出力装置126は、CRTなどのディスプレイ
やプリンタなどの出力機器であり、出力制御部127に
よって制御される。出力装置126は、入力装置124
に入力された各種データやコマンド、プログラム実行の
ためのメニューおよび解析結果などが出力される。
The input device 124 is an input device such as a keyboard, a mouse, and a digitizer.
5. The analyst operates the input device 125 to input various data such as a command and a shape to be analyzed. The output device 126 is an output device such as a display such as a CRT or a printer, and is controlled by the output control unit 127. The output device 126 is the input device 124
The output includes various data and commands input to the program, menus for executing programs, analysis results, and the like.

【0018】記憶装置129は、半導体メモリやハード
ディスなどであり、本発明にかかるプログラムおよび各
プログラム実行中の一時的なデータや解析結果などが格
納される。
The storage device 129 is a semiconductor memory, a hard disk, or the like, and stores programs according to the present invention, temporary data during execution of each program, analysis results, and the like.

【0019】中央処理装置128は、バス130を介し
て、外部インタフェース121、FD制御部123、入
力制御部125、出力制御部127および記憶装置12
9と接続され、これらに指示を与えたり、記憶装置12
9に格納され各プログラムに従いフーリエ変換や実験的
特性行列同定法などの処理を行う。 (本発明と本実施形態との対応関係)請求項9ないし請
求項16に記載の発明において、第1処理手段は、入力
装置124、入力制御部125、中央処理装置128お
よび記憶装置129に対応し、第2処理手段は打撃ハン
マ111、力変換器112、加速度計113、増幅器1
14、115、外部インタフェイス121、中央処理装
置128および記憶装置129に対応し、第3処理手段
ないし第10処理手段は中央処理装置128および記憶
装置129に対応する。
The central processing unit 128 has an external interface 121, an FD control unit 123, an input control unit 125, an output control unit 127, and a storage unit 12 via a bus 130.
9 to give instructions to them,
9 and performs processing such as Fourier transform and an experimental characteristic matrix identification method in accordance with each program. (Correspondence relationship between the present invention and the present embodiment) In the invention according to claims 9 to 16, the first processing means corresponds to the input device 124, the input control unit 125, the central processing device 128, and the storage device 129. The second processing means includes a hammer 111, a force transducer 112, an accelerometer 113, and an amplifier 1
14, 115, the external interface 121, the central processing unit 128, and the storage device 129, and the third to tenth processing units correspond to the central processing device 128 and the storage device 129.

【0020】請求項17ないし請求項24に記載の発明
において、記録媒体は、FD101に対応する。 (本実施形態の作用効果)次に、本実施形態の作用効果
を説明する。図2ないし図5は、本実施形態における解
析装置のフローチャートを示す図である。
In the invention according to claims 17 to 24, the recording medium corresponds to the FD101. (Operation and Effect of the Embodiment) Next, the operation and effect of the embodiment will be described. FIG. 2 to FIG. 5 are flowcharts of the analyzer according to the present embodiment.

【0021】解析者は、解析したい解析対象物140を
用意する。解析対象物140は、ゴムひもやタイヤチュ
ーブなどの弾性体でつるされ、周辺自由状態が近似的に
実現される。なお、弾性支持状態でもよい。図2ないし
図5において、解析者は、解析装置を入力装置124か
ら起動する。中央処理装置128は、記憶装置129に
格納されている実験的特性行列同定法のプログラムを読
み込み、実行する(S1)。
An analyst prepares an object 140 to be analyzed. The object 140 to be analyzed is suspended by an elastic body such as a rubber cord or a tire tube, so that a free state around is realized approximately. In addition, an elastic support state may be sufficient. 2 to 5, the analyst starts the analysis device from the input device 124. The central processing unit 128 reads and executes an experimental characteristic matrix identification method program stored in the storage device 129 (S1).

【0022】次に、中央処理装置128は、解析対象物
140の形状・寸法などの初期データを入力するように
解析者に出力画面126を介して要求する。解析者は、
入力装置124から、解析対象物の測定点座標データを
入力する(S2)。
Next, the central processing unit 128 requests the analyst via the output screen 126 to input initial data such as the shape and dimensions of the object 140 to be analyzed. The analyst
Measurement point coordinate data of the object to be analyzed is input from the input device 124 (S2).

【0023】次に、解析者は、打撃ハンマ111によっ
て加速度計113が取り付けられた位置の中のいずれか
の1つの位置(単点)で解析対象物140に打撃を加え
る。解析者が打撃ハンマ111によって解析対象物14
0に加えた打撃は、力変換器112によって測定され、
増幅器115および外部インタフェイス部121を介し
て、中央処理装置128に取り込まれる。そして、この
打撃によって解析対象物140に発生した振動も、加速
度計113によって測定され、増幅器115および外部
インタフェイス部121を介して、中央処理装置128
に取り込まれる。このようにして単点加振試験が行われ
る(S3)。
Next, the analyst hits the analysis object 140 at any one position (single point) among the positions where the accelerometer 113 is attached by the hitting hammer 111. The analyst uses the impact hammer 111 to analyze the analysis object 14.
The impact added to zero is measured by the force transducer 112,
The signal is taken into the central processing unit 128 via the amplifier 115 and the external interface unit 121. The vibration generated on the object 140 due to the impact is also measured by the accelerometer 113 and is transmitted via the amplifier 115 and the external interface unit 121 to the central processing unit 128.
It is taken in. In this way, a single-point excitation test is performed (S3).

【0024】次に、中央処理装置128は、これらデー
タをフーリエ変換(例えば、高速フーリエ変換)して周
波数スペクトルになおす。中央処理装置128は、入力
(力変換器112の出力)と出力(加速度計113の出
力)からパワースペクトルとクロススペクトルとを計算
し、周波数応答関数およびコヒーレンス関数を計算す
る。
Next, the central processing unit 128 converts the data into a frequency spectrum by performing a Fourier transform (for example, a fast Fourier transform). The central processing unit 128 calculates a power spectrum and a cross spectrum from an input (output of the force transducer 112) and an output (output of the accelerometer 113), and calculates a frequency response function and a coherence function.

【0025】ここで、コヒーレンス関数(関連度関数)
は、入力と出力と内積であり、入出力の相関を示すもの
である。その値が0である場合には、入力と出力とは無
相関であり、1に近づくにつれて相関性が増す。コヒー
レンス関数の値が測定データの信頼性を示すので、後述
される重み付き最小自乗法の重み関数は、このコヒーレ
ンス関数の値を使用する。
Here, the coherence function (association degree function)
Is the inner product of the input and the output, and indicates the correlation between the input and the output. When the value is 0, the input and output are uncorrelated, and the correlation increases as the value approaches 1. Since the value of the coherence function indicates the reliability of the measurement data, the weight function of the weighted least squares method described later uses the value of the coherence function.

【0026】なお、より信頼性の高いデータを得る観点
から、この単点加振試験を複数回繰り返し、個々のパワ
ースペクトルおよびクロススペクトルを平均し、その平
均値を周波数応答関数とコヒーレンス関数とを求めるた
めに用いられるパワースペクトルおよびクロススペクト
ルとすることが好ましい。また、予めこれらのデータを
記憶装置129またはFD101に格納しておき、解析
装置は、起動に従って出力装置126に格納内容を表示
して、解析者は、これから選択して座標データ、単点加
振試験のデータを入力するようにしてもよい。
From the viewpoint of obtaining more reliable data, this single-point excitation test is repeated a plurality of times, each power spectrum and cross spectrum are averaged, and the average value is used as a frequency response function and a coherence function. It is preferable to use the power spectrum and the cross spectrum used for the calculation. In addition, these data are stored in the storage device 129 or the FD 101 in advance, and the analysis device displays the stored content on the output device 126 according to the activation, and the analyst selects the coordinate data and the single-point excitation Test data may be input.

【0027】このS2の処理ないしS4の処理が振動測
定の処理である。次に、測定点間の構造的結合の定義・
設定を行う。すなわち、測定点間においてどの測定点が
どの測定点と構造的に結びついているかを解析者が入力
装置124から入力することにより、測定点相互の物理
的結合状態をモデル化する(S5)。
The processing of S2 to S4 is the vibration measurement processing. Next, the definition of the structural connection between the measurement points
Make settings. That is, the analyst inputs from the input device 124 which measurement points are structurally connected to which measurement points between the measurement points, thereby modeling the physical connection state between the measurement points (S5).

【0028】次に、中央処理装置128は、式1、式3
および式4からなる特性行列の成分間の制約条件式を計
算する(S6)。これによって解析対象物140の物理
的制約条件が決定され、第1次物理モデル化の処理が行
われる。
Next, the central processing unit 128 satisfies the equations (1) and (3).
Then, a constraint condition expression between the components of the characteristic matrix composed of Expression 4 is calculated (S6). Thereby, the physical constraint condition of the analysis target 140 is determined, and the first physical modeling process is performed.

【数19】 [Equation 19]

【数20】 (Equation 20)

【数21】 (Equation 21)

【数22】 これら式1ないし式4は、本発明にかかる単点加振実験
的特性行列同定法の基礎方程式である。これら基礎方程
式について説明する。なお、説明の都合上、座標系は、
xyz直角座標系を使用するが、どのような座標系にお
いても同様に解析することができる。
(Equation 22) Equations (1) to (4) are the basic equations of the method for identifying an experimental characteristic matrix of single-point excitation according to the present invention. These basic equations will be described. For convenience of explanation, the coordinate system is
Although an xyz rectangular coordinate system is used, analysis can be similarly performed in any coordinate system.

【0029】同定される特性行列の質量行列および剛性
行列の自由度は、(測定点×3)であるが、質量行列
は、上述のの力学原理から式1となる。ここで、同定
される質量行列を[M]と表す。[Ψ]は、式2に示す
ようにn行6列の行列であり、測定点の座標値からx方
向単位並進変位、y方向単位並進変位、z方向単位方向
並進変位、x軸回り単位回転変位、y軸回り単位回転変
位およびz軸回り単位回転変位の剛体変位ベクトルを順
に並べた行列である。これは、最も一般的な場合の
[Ψ]の構成を考えて剛体自由度が6であることから、
互いに直交する方向への並進変位モード3つとそれらに
対する回転変位モード3つとから構成された行列であ
る。
The degrees of freedom of the mass matrix and the stiffness matrix of the characteristic matrix to be identified are (measurement points × 3). Here, the identified mass matrix is represented as [M]. [Ψ] is a matrix of n rows and 6 columns as shown in Equation 2, and is obtained from the coordinate values of the measurement points in terms of x-direction unit translation displacement, y-direction unit translation displacement, z-direction unit direction translation displacement, and x-axis unit rotation. It is a matrix in which rigid displacement vectors of displacement, unit rotational displacement around y-axis, and unit rotational displacement around z-axis are arranged in order. This is because the rigid body degree of freedom is 6 considering the configuration of [Ψ] in the most general case,
It is a matrix composed of three translational displacement modes in directions orthogonal to each other and three rotational displacement modes for them.

【0030】なお、△x、△yおよび△zは、正確には
これに方向余弦を乗じたものであるが、方向余弦を
「1」と近似している。また、gは、重力加速度であ
り、△x、△yおよび△zに添えられている数字は、測
定点の番号に対応する。そして、[Ψ]T は[Ψ]の転
置行列である。転置行列は、以下、行列に上付き1/4
角の「T」を添えて表示する。
Note that △ x, △ y and △ z are exactly multiplied by the direction cosine, but the direction cosine is approximated to “1”. G is a gravitational acceleration, and the numbers attached to 添 x, △ y, and △ z correspond to the numbers of the measurement points. [Ψ] T is the transposed matrix of [Ψ]. The transposed matrix is the superscript 1/4
It is displayed with a “T” at the corner.

【0031】この[Ψ]を剛体変位モード行列と呼ぶこ
とにする。一方、式1の[Mrigid] は、上述のの力
学原理から式3となる。ここで、wは、解析対象物14
0の重さ、Ixx、Iyy、Izzは、それぞれ座標原点を通
る各軸回りの慣性モーメント、Iyx、Izx、Iyzは、慣
性乗積である。A、B、Cは、剛体表現の点と重心との
ズレに起因する値であり、解析対象物140の質量を
m、重心座標を(xg、yg、zg )とすると、A=mx
g 、B=myg 、C=mzg である。そして、αは同定
精度を上げるための補正係数である。[Mrigid] は、
式3に示すように対称行列である。
This [Ψ] is called a rigid displacement mode matrix. On the other hand, [Mrigid] in Equation 1 becomes Equation 3 based on the above-described principle of dynamics. Here, w is the analysis object 14
The weight of 0, Ixx, Iyy, and Izz are moments of inertia around respective axes passing through the coordinate origin, and Iyx, Izx, and Iyz are products of inertia. A, B, and C are values resulting from the deviation between the point of the rigid body representation and the center of gravity. If the mass of the object 140 is m and the coordinates of the center of gravity are (xg, yg, zg), A = mx
g, B = myg, C = mzg. Α is a correction coefficient for increasing the identification accuracy. [Mrigid]
It is a symmetric matrix as shown in Equation 3.

【0032】なお、[Ψ]の重力加速度で表した成分を
「1」とすれば、wは、解析対象物140の質量mとな
る。[Mrigid] の成分は、質量と重心位置が未定であ
っても式3に示す関係が成立している。そこで、式1の
関係から、未知である質量行列[M]の行列成分に関し
て連立1次方程式が構成され、この方程式の数に等しい
未知成分を他の成分に従属させることができ、これを質
量行列[M]の物理的な制約条件式として利用すること
ができる。
If the component represented by the gravitational acceleration of [Ψ] is “1”, w is the mass m of the object 140 to be analyzed. The relationship shown in Expression 3 holds for the component of [Mrigid] even when the mass and the position of the center of gravity are undetermined. Thus, from the relationship of Equation 1, a system of linear equations is constructed for the unknown matrix components of the mass matrix [M], and unknown components equal to the number of equations can be made dependent on other components. It can be used as a physical constraint expression for the matrix [M].

【0033】ここで、解析対象物140の質量(重さ)
など剛体特性値が既知として与えられていれば、これを
式3に代入することにより行列成分間の制約条件式を生
成するようにしてもよい。このように既知の剛体特性値
が得られれば、この既知の剛体特性値については、他の
成分で表す必要が無くなるという利点がある。
Here, the mass (weight) of the object 140 to be analyzed
If a rigid characteristic value is given as known, a constraint condition expression between matrix components may be generated by substituting this value into Expression 3. If a known rigid body characteristic value is obtained as described above, there is an advantage that the known rigid body characteristic value does not need to be represented by another component.

【0034】さらに、同定すべき剛性行列[K]につい
ては、上述のの力学原理から式4となる。よって、こ
の式4から剛性行列[K]の成分間の物理的制約条件式
が導出される。つまり、剛性行列[K]の成分の中のい
くつかを独立変数とし、他の成分は、その独立変数とし
た成分に従属させることができる。
Further, the stiffness matrix [K] to be identified is expressed by Equation 4 based on the above-described principle of dynamics. Therefore, a physical constraint expression between the components of the stiffness matrix [K] is derived from Expression 4. That is, some of the components of the stiffness matrix [K] can be set as independent variables, and other components can be made dependent on the components set as the independent variables.

【0035】この結果、単点加振実験的特性行列同定法
は、質量行列[M]および剛性行列[K]における独立
変数を、実験的に得られた固有モードおよび不減衰固有
振動数に、適切に一致させる一種の最適化問題となる。
この一致させるべき、固有モードを目標固有モードと呼
び、不減衰固有振動数を目標不減衰固有振動数と呼ぶこ
とにする。さらに、減衰行列を最適化する場合に用いら
れる、一致させるべきモード減衰比を目標モード減衰比
と呼ぶことにする。
As a result, the single-point excitation experimental characteristic matrix identification method converts the independent variables in the mass matrix [M] and the stiffness matrix [K] into the experimentally obtained eigenmodes and undamped natural frequencies. It is a kind of optimization problem that matches properly.
The eigenmode to be matched is called a target eigenmode, and the undamped eigenfrequency is called a target undamped eigenfrequency. Further, the mode damping ratio to be matched, which is used when optimizing the damping matrix, will be referred to as a target mode damping ratio.

【0036】図2ないし図5に戻って、この最適化につ
いて説明する。まず、中央処理装置128は、同定する
周波数帯域の入力を指示し、解析者は、入力装置124
から同定する周波数帯域を入力する(S7)。同定周波
数帯域は、一次共振周波数より低い値から要求する或る
周波数までとする。次に、中央処理装置128は、所定
のモード同定法に従う処理を行い、第1次共振周波数を
含む同定周波数帯域の周波数応答関数を利用して、慣性
項パラメータ、同定周波数範囲内の共振に関するモード
特性および剰余項パラメータを同定する。この周波数応
答関数には、測定で得られた結果を用いる。
Returning to FIGS. 2 to 5, this optimization will be described. First, the central processing unit 128 instructs input of a frequency band to be identified, and the
, The frequency band to be identified is input (S7). The identification frequency band ranges from a value lower than the primary resonance frequency to a certain required frequency. Next, the central processing unit 128 performs processing in accordance with a predetermined mode identification method, and uses the frequency response function of the identification frequency band including the first resonance frequency to use the inertial term parameter and the mode related to resonance within the identification frequency range. Identify properties and remainder parameter. The result obtained by the measurement is used as the frequency response function.

【0037】これにより、中央処理装置128は、目標
固有モード、目標不減衰固有振動数および目標モード減
衰比を設定する(S8)。モード特性同定法としては、
一般に知られている各種のモード同定法を利用すること
ができるが、例えば、多点参照法(ポリリファレンス
法、poly-referencemethod)、偏分反復法、プロリー法
(Prony's method)、サークルフィット法(circle fit
method)などがある。
Thus, the central processing unit 128 sets the target eigenmode, the target undamped eigenfrequency and the target mode damping ratio (S8). Modal characteristic identification methods include:
Various generally known mode identification methods can be used. For example, a multipoint reference method (poly-reference method), a partial repetition method, a prory method (Prony's method), a circle fit method ( circle fit
method).

【0038】このS7およびS8の処理が目標モード特
性の設定の処理である。次に、中央処理装置128は、
質量行列[M]および剛性行列[K]のそれぞれについ
て、独立未知数に乱数を当てはめ、初期値の行列を作成
する(S9)。次に、中央処理装置128は、式5によ
り質量行列[M]の正定値化を行う(S10)。すなわ
ち、質量行列[M]に関し、すべてのn個の固有値が正
値となるように特性行列の独立未知数を修正する。さら
に、中央処理装置128は、式6により剛性行列[K]
の正定値化を行う(S11)。すなわち、剛性行列
[K]に関し、既に物理的制約条件式から剛体変位自由
度に相当する数の固有値は、必然的に零の値となるよう
に設定されているが、他の固有値がすべて正値となるよ
うに特性行列の独立未知数を修正する。
The processing in S7 and S8 is the processing for setting the target mode characteristics. Next, the central processing unit 128
For each of the mass matrix [M] and the stiffness matrix [K], a random number is applied to the independent unknown to create a matrix of initial values (S9). Next, the central processing unit 128 converts the mass matrix [M] into a positive definite value according to Expression 5 (S10). That is, regarding the mass matrix [M], the independent unknowns of the characteristic matrix are corrected so that all n eigenvalues become positive values. Further, the central processing unit 128 calculates the stiffness matrix [K] according to Equation 6.
(S11). That is, regarding the stiffness matrix [K], the eigenvalues of the number corresponding to the rigid body displacement degrees of freedom are already set to be necessarily zero from the physical constraint expression, but all other eigenvalues are positive. Modify the independent unknowns of the characteristic matrix to be the values.

【数23】 (Equation 23)

【数24】 S9において、質量行列[M]および剛性行列[K]が
単に乱数で初期値を与えられるだけなので、このS10
およびS11によって、物理的に質量行列[M]が正定
値行列でなければならない条件や剛性行列[K]が剛体
変位自由度だけ固有値零が存在する非負定値行列でなけ
ればならない条件を満足させる。
(Equation 24) In S9, since the mass matrix [M] and the stiffness matrix [K] can simply be given initial values by random numbers, this S10
By S11 and S11, the condition that the mass matrix [M] must be physically a positive definite matrix and the condition that the stiffness matrix [K] must be a nonnegative definite matrix in which only the rigid body displacement degrees of freedom have eigenvalues zero exist.

【0039】なお、剛性行列[K]は、周辺自由境界条
件では非負定値行列であるが、弾性拘束境界条件では正
定値行列である。次に、中央処理装置128は、式7で
表される不減衰系について、一般固有値問題を解き、不
減衰固有振動数および固有モードを求める(S12、S
13、S14)。
The stiffness matrix [K] is a non-negative definite matrix under the peripheral free boundary condition, but is a positive definite matrix under the elastic constraint boundary condition. Next, the central processing unit 128 solves the general eigenvalue problem with respect to the unattenuated system represented by Expression 7, and obtains an unattenuated eigenfrequency and an eigenmode (S12, S12).
13, S14).

【数25】 ここで、Ωは不減衰固有振動数であり、{φ}は固有モ
ードのベクトルである。なお、本明細書ではベクトルを
{}で示す。より具体的に説明すると、中央処理装置1
28は、まず、S8で求めた目標不減衰固有振動数と対
応するように、式7を用いて、低次側から同定周波数帯
以内に存在する数の固有振動数Ωが満足な一致を示すま
で反復の感度解析により質量行列[M]および剛性行列
[K]の修正を行う(S12)。
(Equation 25) Here, Ω is the undamped natural frequency, and {φ} is the vector of the natural mode. In this specification, a vector is indicated by {}. More specifically, the central processing unit 1
First, the natural frequency Ω of the number existing within the identified frequency band from the lower order side shows a satisfactory match using Equation 7 so as to correspond to the target undamped natural frequency obtained in S8. The mass matrix [M] and the stiffness matrix [K] are corrected by the iterative sensitivity analysis up to (S12).

【0040】次に、中央処理装置128は、S8で求め
た目標固有モードと対応するように、式7を用いて、固
有モード{φ}に対しても同様に反復の感度解析により
質量行列[M]および剛性行列[K]の修正を行う(S
13)。ここで、S10ないしS13の処理において、
処理すべき特性行列について、正規化処理を行う。これ
は、一般固有値問題を解くことから何らかの基準を必要
とするからである。例えば、処理すべき特性行列の成分
における最大絶対値を「1」とする正規化処理を行えば
よい。
Next, the central processing unit 128 similarly performs a repetitive sensitivity analysis on the eigenmode {φ} using Equation 7 so as to correspond to the target eigenmode obtained in S8, and performs a mass matrix [ M] and the stiffness matrix [K] are corrected (S
13). Here, in the processing of S10 to S13,
Normalization processing is performed on the characteristic matrix to be processed. This is because solving the general eigenvalue problem requires some criterion. For example, a normalization process in which the maximum absolute value in the component of the characteristic matrix to be processed is “1” may be performed.

【0041】また、この反復の感度解析としては、一般
に知られている各種の感度解析の手法を利用することが
できるが、例えば、最急降下法、共役勾配法などニュー
トン法に代表されるニュートン法類の手法を利用するこ
とができる。次に、中央処理装置128は、S12およ
びS13で質量行列[M]および剛性行列[K]の修正
を行ったので、これらが正定値行列であるか否かを判定
し、正定値行列である場合には、S15の処理を行い、
正定値行列でない場合には、S10に戻り、上述のS1
0ないしS13の処理を行う。
As the sensitivity analysis of this repetition, various generally known sensitivity analysis methods can be used. For example, the Newton method represented by the Newton method such as the steepest descent method and the conjugate gradient method can be used. A similar approach can be used. Next, the central processing unit 128 corrects the mass matrix [M] and the stiffness matrix [K] in S12 and S13, and determines whether or not these are positive definite matrices. In this case, the process of S15 is performed,
If the matrix is not a positive definite matrix, the process returns to S10 and the above-described S1
The processing from 0 to S13 is performed.

【0042】このS9ないしS14の処理が第1段階の
同定の処理である。この第1段階の同定の処理によっ
て、質量行列[M]および剛性行列[K]を求められる
が、これらをより高精度に同定する観点からさらに第2
段階の同定の処理を行うことが好ましい。次に、この第
2段階の同定の処理、S15ないしS19について説明
する。
The processing from S9 to S14 is the first-stage identification processing. Although the mass matrix [M] and the stiffness matrix [K] are obtained by the first-stage identification process, the second matrix is further determined from the viewpoint of identifying them with higher accuracy.
It is preferable to perform a stage identification process. Next, the second-stage identification processing, S15 to S19, will be described.

【0043】中央処理装置128は、第1段階の同定処
理で求められた質量行列[M]および剛性行列[K]が
許容範囲内で一致しているか否かを判断し、一致してい
る場合には、第2段階の同定を行うことなくS20の処
理を行い、一致していない場合には、S16の処理を行
う。このS15の判断は、実験結果から得られた特性行
列と計算によって得られた特性行列との相関性を示す値
を計算し、この値が許容範囲を満足するか否かで判断す
る。許容範囲は、一致の精度を左右する。例えば、内積
を計算しその値が0.9以上となるか否かで判断する。
より精度良く一致させるためには、0.9より1に近い
値、例えば、0.95に設定すればよい。
The central processing unit 128 determines whether or not the mass matrix [M] and the stiffness matrix [K] obtained in the first-stage identification process match within an allowable range. , The processing of S20 is performed without performing the second-stage identification, and if they do not match, the processing of S16 is performed. In the determination in S15, a value indicating a correlation between the characteristic matrix obtained from the experimental result and the characteristic matrix obtained by calculation is calculated, and it is determined whether or not this value satisfies an allowable range. The tolerance determines the accuracy of the match. For example, the inner product is calculated, and it is determined whether the value is 0.9 or more.
For more accurate matching, a value closer to 1 than 0.9, for example, 0.95 may be set.

【0044】次に、中央処理装置128は、第1次物理
モデル化条件の遵守の有無を入力するように解析者に出
力画面126を介して要求する。中央処理装置128
は、入力された指示に基づき第1次物理モデル化条件を
遵守する必要があるか否かを判断し、必要がない場合に
はS17の処理を行い、必要がある場合にはS18の処
理を行う(S16)。
Next, the central processing unit 128 requests the analyst via the output screen 126 to input whether or not the primary physical modeling condition is observed. Central processing unit 128
Determines whether it is necessary to comply with the primary physical modeling conditions based on the input instruction, and performs the processing of S17 if not necessary, and performs the processing of S18 if necessary. Perform (S16).

【0045】なお、S15における許容値を0.9より
小さい値とした場合でも強制的にS16以下の処理を行
うようにすれば、精度よく一致させることが可能であ
る。S17の処理では、中央処理装置128は、固有モ
ード{φ}における個々の固有モードについて、実験結
果から得られた固有モードと計算によって得られた固有
モードとの相関性を計算する。そして、所定の許容範囲
外である固有モードを目標固有モードに置き換える。こ
の置き換えられた固有モードベクトルを{Φ}とおき、
式8および式9により、質量行列[M]および剛性行列
[K]を修正する(S17)。
Even if the allowable value in S15 is set to a value smaller than 0.9, it is possible to make the same with high accuracy by forcibly performing the processing in S16 and subsequent steps. In the processing of S17, the central processing unit 128 calculates, for each eigenmode in the eigenmode {φ}, the correlation between the eigenmode obtained from the experimental result and the eigenmode obtained by calculation. Then, the eigenmode outside the predetermined allowable range is replaced with the target eigenmode. Let the replaced eigenmode vector be {Φ},
The mass matrix [M] and the stiffness matrix [K] are corrected using Equations 8 and 9 (S17).

【数26】 (Equation 26)

【数27】 ここで、[E]は単位行列であり、[Φ]-1 は[Φ]
の逆行列である。逆行列は、以下、行列に上付き1/4
角の「−1」を添えて表示する。一方、S18の処理で
は、中央処理装置128は、式10に基づき、計算され
た剛性モードと目標固有モードとによる特性行列成分間
における制約条件式を求める(S18)。
[Equation 27] Here, [E] is an identity matrix, and [Φ] −1 is [Φ]
Is the inverse of. The inverse matrix is as follows:
It is displayed with the corner "-1". On the other hand, in the processing of S18, the central processing unit 128 obtains a constraint condition expression between the characteristic matrix components based on the calculated rigidity mode and target eigenmode based on Expression 10 (S18).

【数28】 ここで、φおよびΩに添えられた下付1/4角の「s」
はモードの次数を示す。次に、中央処理装置128は、
すべての剰余固有振動数を同定周波数帯域より高い周波
数帯域に移動させる(S19)。より具体的に以下に説
明する。
[Equation 28] Here, the subsquare “s” attached to φ and Ω
Indicates the order of the mode. Next, the central processing unit 128
All the residual natural frequencies are moved to a frequency band higher than the identification frequency band (S19). This will be described more specifically below.

【0046】剛性行列中の或る独立変数kij(i行j列成
分)を△kijだけ微少増加させた場合の第s次の固有振
動数における変化量の近似予測値は、式11である。
The approximate predicted value of the amount of change in the s-th natural frequency when a certain independent variable kij (i-th row and jth column component) in the stiffness matrix is slightly increased by △ kij is given by equation (11).

【数29】 ここで、式11の△kijの係数は、式12で示される運
動方程式をkijについて微分して得られる感度(1階微
分)、式13である。
(Equation 29) Here, the coefficient of △ kij in Expression 11 is a sensitivity (first-order differentiation) obtained by differentiating the equation of motion shown in Expression 12 with respect to kij, and Expression 13.

【数30】 [Equation 30]

【数31】 同様に、質量行列[M]中の或る独立変数mijを微小変
化させた場合の第s次の固有振動数における変化量の近
似予測値は、式14である。
(Equation 31) Similarly, the approximate predicted value of the amount of change in the s-th natural frequency when a certain independent variable mij in the mass matrix [M] is slightly changed is Expression 14.

【数32】 ここで、同定周波数帯域内に実在する固有振動数(実験
的特性行列同定法で観察される固有振動数)について
は、既に制約条件が作成されているので、感度が零とな
る。そこで、もし感度が零ではない固有振動数が、第1
段階の同定で求められた質量行列[M]および剛性行列
[K]を用いた計算から同定周波数帯域内に得られた
ら、その感度を用いてニュートン法類の手法で同定周波
数帯域より高い周波数にそれら固有振動数を移動すれば
よい。この計算操作は、第1段階の同定処理における不
減衰固有振動数の目標対応化の計算操作と同様に行うこ
とができる。
(Equation 32) Here, the sensitivity of the natural frequency that is actually present in the identified frequency band (the natural frequency observed by the experimental characteristic matrix identification method) becomes zero because the constraint condition has already been created. Therefore, if the natural frequency whose sensitivity is not zero is
If it is obtained within the identified frequency band from the calculation using the mass matrix [M] and the stiffness matrix [K] obtained in the stage identification, the sensitivity is used to raise the frequency to a frequency higher than the identified frequency band by Newton's method. What is necessary is just to move those natural frequencies. This calculation operation can be performed in the same manner as the calculation operation for the target correspondence of the undamped natural frequency in the first-stage identification processing.

【0047】次に、中央処理装置128は、減衰行列
[C]の初期値を設定する(S20)。初期値は、乱数
などで与えてもよいが、収束時間を短縮する観点から、
剛性行列の定数倍を減衰行列の初期値としてもよい。次
に、中央処理装置128は、S12やS13と同様な処
理により、減衰行列[C]について、一般的固有値問題
を解いて、S8で求めた目標モード減衰比と対応するよ
うに、反復の感度解析によりモード減衰比の目標対応化
を行う(S21)。
Next, the central processing unit 128 sets an initial value of the attenuation matrix [C] (S20). The initial value may be given as a random number or the like, but from the viewpoint of shortening the convergence time,
A constant multiple of the rigidity matrix may be used as the initial value of the damping matrix. Next, the central processing unit 128 solves the general eigenvalue problem with respect to the attenuation matrix [C] by the same processing as S12 and S13, and adjusts the sensitivity of the repetition so as to correspond to the target mode attenuation ratio obtained in S8. The target correspondence of the mode damping ratio is performed by analysis (S21).

【0048】次に、中央処理装置128は、S21処理
で求められた減衰行列[C]が許容範囲内で一致してい
るか否かを判断し、一致している場合には、S24の処
理を行い、一致していない場合には、S23の処理を行
う(S22)。このS22の判断は、S15の処理と同
様に、実験結果から得られた減衰行列[C]と計算によ
って得られたそれとの相関性を示す値を計算して行う。
Next, the central processing unit 128 determines whether or not the attenuation matrix [C] obtained in the processing in S21 matches within an allowable range. If they match, the processing in S24 is performed. If they do not match, the process of S23 is performed (S22). The determination in S22 is performed by calculating a value indicating the correlation between the attenuation matrix [C] obtained from the experimental result and that obtained by calculation, similarly to the processing in S15.

【0049】S23の処理において、中央処理装置12
8は、式15により、減衰行列[C]を修正する(S2
3)。
In the processing of S23, the central processing unit 12
8 modifies the attenuation matrix [C] by using the equation (15) (S2
3).

【数33】 ここで、ζはモード減衰比である。このS20ないしS
23の処理が減衰行列の同定処理である。
[Equation 33] Here, ζ is a mode attenuation ratio. This S20 to S
The process of 23 is the process of identifying the attenuation matrix.

【0050】以上により、同定周波数帯域内において目
標値として設定された物理的に実在する共振モード(実
験結果の共振モード)に対応する固有振動数と固有モー
ドが表現され、質量行列[M]と剛性行列[K]と減衰
行列[C]との組が導き出される。次に、中央処理装置
128は、式16により、周波数応答関数h(ω)の振
幅が実験結果H(ω)と最も一致するように特性行列を
定数倍εする(S24)。
As described above, the natural frequency and the natural mode corresponding to the physically existing resonance mode (resonance mode as an experimental result) set as the target value in the identification frequency band are expressed, and the mass matrix [M] and A set of a stiffness matrix [K] and a damping matrix [C] is derived. Next, the central processing unit 128 multiplies the characteristic matrix by a constant ε so that the amplitude of the frequency response function h (ω) best matches the experimental result H (ω) according to Expression 16 (S24).

【数34】 ここで、jは虚数単位である。次に、中央処理装置12
8は、式17により、周波数応答関数h(ω)の一致度
をさらに高める目的で、周波数応答関数h(ω)の一致
度合いを目的関数として最適化を行う(S25)。この
最適化は、統計学の最ゆう推定法の理論に基づいて同定
周波数帯域において、単点加振試験結果である実験周波
数応答関数H(ω)と求められた特性行列の組から得ら
れる周波数応答関数h(ω)とにより計算されるゆう度
を最大にすることを目標として、重み付き最小自乗法で
行う。
(Equation 34) Here, j is an imaginary unit. Next, the central processing unit 12
In Equation 8, optimization is performed using the degree of coincidence of the frequency response function h (ω) as an objective function in order to further increase the degree of coincidence of the frequency response function h (ω) according to Equation 17 (S25). This optimization is based on the theory of the maximum likelihood estimation method in statistics. In an identified frequency band, a frequency obtained from a set of an experimental frequency response function H (ω), which is a single-point excitation test result, and a determined characteristic matrix is obtained. The weighted least square method is used with the goal of maximizing the likelihood calculated by the response function h (ω).

【数35】 ここで、[B]は重み付き最小自乗法の重み関数であ
る。また、*は共役転置を表す。このS24およびS2
5の処理が第3段階の同定処理である。次に、中央処理
装置128は、質量行列[M]、剛性行列[K]、減衰
行列[C]および周波数応答関数h(ω)などを出力装
置126に表示し、さらにこれら結果を記憶装置129
や外部の記録媒体であるFD101などに保存し(2
6)、実験的特性行列同定法に基づく振動解析プログラ
ムを終了する(S27)。
(Equation 35) Here, [B] is a weight function of the weighted least squares method. * Represents conjugate transposition. S24 and S2
The process of No. 5 is a third stage identification process. Next, the central processing unit 128 displays the mass matrix [M], the stiffness matrix [K], the damping matrix [C], the frequency response function h (ω), and the like on the output device 126, and further stores these results in the storage device 129.
Or in an external recording medium such as FD101 (2
6) End the vibration analysis program based on the experimental characteristic matrix identification method (S27).

【0051】なお、本実施形態では、加振は、打撃ハン
マ111によって非定常波を与えたが、これに限定され
るものではない。油圧式や圧電式などの加振器、およ
び、音圧や磁界を用いた非接触加振器などを使用するこ
とができる。そして、非定常波だけでなく、定常波や周
期波など各種の加振波形を使用することができる。これ
らは、解析対象物140における、重さ、大きさ、減衰
の大きさ、固有モードの密集性などによって決定され
る。
In the present embodiment, the non-stationary wave is applied by the impact hammer 111, but the present invention is not limited to this. A hydraulic or piezoelectric vibrator, a non-contact vibrator using sound pressure or a magnetic field, or the like can be used. In addition, not only non-stationary waves but also various excitation waveforms such as standing waves and periodic waves can be used. These are determined by the weight, size, magnitude of attenuation, density of eigenmodes, and the like in the analysis target 140.

【0052】そして、本実施形態では、変換器は、加速
度計の場合について説明したが、これに限定されるもの
ではない。渦電流やレーザ光線を利用した非接触変位
計、レーザドップラ速度計およびひずみゲージなどを使
用することができる。さらに、本実施形態では、記録媒
体としてFDの場合について説明したが、これに限定さ
れるものではない。メモリチップ(例えば、ROMチッ
プ)、コンパクトディスクのメモリ(例えば、CD−R
OM、CD−R、CD−RW)、光磁気ディスク(M
O)、光ディスク(PD)、ディジタル・ビデオ・ディ
スクのメモリ(例えば、DVD−ROM、DVD−RA
M)など各種記録媒体を用いることができる。
In this embodiment, the case where the transducer is an accelerometer has been described, but the present invention is not limited to this. A non-contact displacement meter using an eddy current or a laser beam, a laser Doppler velocimeter, a strain gauge, or the like can be used. Further, in the present embodiment, the case where the FD is used as the recording medium has been described, but the present invention is not limited to this. Memory chips (for example, ROM chips), compact disk memories (for example, CD-Rs)
OM, CD-R, CD-RW), magneto-optical disk (M
O), optical disk (PD), digital video disk memory (for example, DVD-ROM, DVD-RA
Various recording media such as M) can be used.

【0053】次に、具体的な実験・計算結果について説
明する。図6は、実験に使用した解析対象物の構造を示
す図である。図6(a)は、解析対象物の斜視図であ
り、図6(b)は、部材の断面図であり、図6(c)
は、測定点1ないし10の座標値である。実験に使用し
た解析対象物は、図6(b)に示すように断面形状が厚
さ2mmで一辺30mmの正方形である鋼製筒状態の部
材1〜5から構成される、図6(a)に示すように、漢
字の部首で言えば「けいがまえ」状の構造物である。長
さ0.80mの部材2、3は、その一方の端を長さ1.
00mの部材1の両端近くにそれぞれ接合され、他端を
長さ0.40mの部材4、5にその中央部でそれぞれ接
合される。
Next, specific experimental / calculated results will be described. FIG. 6 is a diagram showing the structure of the analysis object used in the experiment. FIG. 6A is a perspective view of an object to be analyzed, FIG. 6B is a cross-sectional view of a member, and FIG.
Are the coordinate values of the measurement points 1 to 10. The analysis object used in the experiment is composed of steel tubular members 1 to 5 having a square cross section of 2 mm and a side length of 30 mm as shown in FIG. 6B. As shown in the figure, a kanji radical is a "keigae" -shaped structure. The members 2, 3 having a length of 0.80 m have one end having a length of 1.
The other end of each of the members 1 is joined to the members 4 and 5 having a length of 0.40 m at the center thereof.

【0054】加速度計は、図6(c)に示す座標位置で
この解析対象物に密着させて設けられる。単点加振試験
は、この解析対象物を近似的に周辺自由状態でつるし、
測定点1をx方向に打撃ハンマで加振した。図7は、剛
体特性を示す図である。
The accelerometer is provided in close contact with the object at the coordinate position shown in FIG. In the single-point excitation test, the object to be analyzed is suspended approximately
Measurement point 1 was vibrated in the x direction with a hammer. FIG. 7 is a diagram illustrating rigid body characteristics.

【0055】図8は、固有振動数およびモード減衰比を
示す図である。図9は、周波数応答関数を示す図であ
る。図9(a)は、周波数応答関数の位相を示し、図9
(b)は、アクセレランス(accelerance )を示す。そ
して、破線が実験結果を示し、実線が同定結果を示す。
FIG. 8 is a diagram showing the natural frequency and the mode damping ratio. FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency response function. FIG. 9A shows the phase of the frequency response function.
(B) shows accelerance. The dashed line indicates the experimental result, and the solid line indicates the identification result.

【0056】図10は、1次モードないし5次モードの
モード形を示す図である。図11は、6次モードないし
10次モードのモード形を示す図である。この単点加振
実験的特性行列同定では、式3に示す[Mrigid ]にお
いてα=1として同定を行った。また、参照値は、鋼製
部材の材料定数と解析対象物の形状データとから手計算
によって得た近似値である。
FIG. 10 is a diagram showing mode forms of the first to fifth modes. FIG. 11 is a diagram showing mode forms of the sixth to tenth modes. In this single-point excitation experimental characteristic matrix identification, identification was performed with α = 1 in [Mrigid] shown in Expression 3. The reference value is an approximate value obtained by manual calculation from the material constant of the steel member and the shape data of the object to be analyzed.

【0057】図9から分かるように、本発明による単点
加振実験的特性行列同定法による計算結果と実験結果と
は、よく一致していることが分かる。このような事例実
験を複数回行った結果、慣性モーメントについては、参
照値より大きな値として同定される場合があることが分
かった。そこで、式3に示す[Mrigid ]における補正
係数αの最適化について検討した。
As can be seen from FIG. 9, the calculation results obtained by the single-point excitation experimental characteristic matrix identification method according to the present invention and the experimental results agree well. As a result of performing such a case experiment a plurality of times, it was found that the moment of inertia was sometimes identified as a value larger than the reference value. Therefore, optimization of the correction coefficient α in [Mrigid] shown in Expression 3 was examined.

【0058】図12は、主慣性モーメントの同定結果を
示す図である。図12から分かるように、この同定精度
を上げるために慣性モーメントを補正する補正係数α
は、1.0≦α≦1.3にすることが好ましい。さら
に、事例結果に統計処理を行うと、補正係数αは、約
1.17であることが好ましい。一方、目標モード特性
の設定の際に使用する共振周波数について検討を行っ
た。
FIG. 12 is a diagram showing the results of identification of the main moment of inertia. As can be seen from FIG. 12, a correction coefficient α for correcting the moment of inertia to increase the identification accuracy.
Preferably satisfies 1.0 ≦ α ≦ 1.3. Further, when statistical processing is performed on the case result, the correction coefficient α is preferably about 1.17. On the other hand, the resonance frequency used in setting the target mode characteristics was studied.

【0059】図13は、同定周波数帯域6Hzないし5
0Hzの第1次ないし第3次の共振周波数を同定対象と
した場合の質量行列および剛体特性を示す図である。図
14は、同定周波数帯域6Hzないし26Hzの第1次
ないし第3次の共振周波数を同定対象とした場合の質量
行列および剛体特性を示す図である。図15は、同定周
波数帯域6Hzないし20Hzの第1次の共振周波数を
同定対象とした場合の質量行列および剛体特性を示す図
である。
FIG. 13 shows an identification frequency band of 6 Hz to 5 Hz.
FIG. 9 is a diagram illustrating a mass matrix and rigid body characteristics when the first to third resonance frequencies of 0 Hz are to be identified. FIG. 14 is a diagram illustrating a mass matrix and rigid body characteristics when the first to third resonance frequencies in the identification frequency band of 6 Hz to 26 Hz are to be identified. FIG. 15 is a diagram illustrating a mass matrix and rigid body characteristics when a first-order resonance frequency in an identification frequency band of 6 Hz to 20 Hz is set as an identification target.

【0060】この単点加振実験的特性行列同定では、図
6に示す解析対象物に対し、式3に示す[Mrigid ]に
おいてα=1として同定を行った。図13ないし図15
から分かるように、同定対象とする共振周波数を第1次
のみ、または第1次から第3次までを対象にして実用的
に満足な精度の結果を得ることができる。より多くの共
振周波数を用いた方が同定に際して有利であるから、結
局、同定対象とする共振周波数を第1次のみ、または第
1次から任意の次数までを対象にして実用的に満足な精
度の結果を得ることができる。
In this single-point excitation experimental characteristic matrix identification, the object to be analyzed shown in FIG. 6 was identified with α = 1 in [Mrigid] shown in Equation 3. 13 to 15
As can be seen from the above, a practically satisfactory result can be obtained for only the first order or the first to third order resonance frequencies to be identified. Since it is advantageous to use more resonance frequencies for identification, after all, the resonance frequency to be identified can be set to only the first order, or from the first order to an arbitrary order, and a practically satisfactory accuracy. Can be obtained.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明によれば、構造物に単一の加振を
与えることで、多点の周波数応答関数から直接的に特性
行列を求めることができる。そして、本発明では、実験
的に特性行列の同定を行うことができるので、直接振動
解析を行いたい構造物の物理座標モデルを表現すること
ができる。このため、本発明は、構造物のいかなる動挙
動も容易に解析することができる。そして、本発明は、
構造物を複数の部分構造に分け各々の動特性を求めそれ
らを合成して構造物全系の解析を行う部分構造合成法、
動特性を設計者の望む値に変更する最適設計、有限要素
法との一体化、および、各種シミュレーションなどに直
接的に適用することができる。
According to the present invention, by applying a single excitation to a structure, a characteristic matrix can be directly obtained from multiple frequency response functions. According to the present invention, since the characteristic matrix can be experimentally identified, a physical coordinate model of a structure to be directly subjected to vibration analysis can be expressed. Therefore, the present invention can easily analyze any dynamic behavior of the structure. And the present invention
A substructure synthesis method that divides a structure into a plurality of substructures, finds the dynamic characteristics of each, synthesizes them, and analyzes the entire structure
The present invention can be directly applied to an optimal design for changing a dynamic characteristic to a value desired by a designer, integration with a finite element method, and various simulations.

【0062】もちろん、本発明は、多点加振して得られ
たデータを利用して目的の解析処理をすることもでき
る。
Of course, according to the present invention, a target analysis process can be performed using data obtained by multi-point excitation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施形態の解析装置のブロック図を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating a block diagram of an analysis device according to an embodiment.

【図2】本実施形態における解析装置のフローチャート
・その1を示す図である。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a first example of the analysis apparatus according to the embodiment.

【図3】本実施形態における解析装置のフローチャート
・その2を示す図である。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of an analysis apparatus according to the embodiment;

【図4】本実施形態における解析装置のフローチャート
・その3を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a flowchart of the analysis device according to the present embodiment, that is, FIG.

【図5】本実施形態における解析装置のフローチャート
・その4を示す図である。
FIG. 5 is a flowchart of the analysis device according to the embodiment, which illustrates a fourth example of the flowchart.

【図6】実験に使用した解析対象物の構造を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a structure of an analysis object used in an experiment.

【図7】剛体特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing rigid body characteristics.

【図8】固有振動数およびモード減衰比を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a natural frequency and a mode damping ratio.

【図9】周波数応答関数を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a frequency response function.

【図10】1次モードないし5次モードのモード形を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing mode shapes of a first-order mode to a fifth-order mode.

【図11】1次モードないし5次モードのモード形を示
す図である。
FIG. 11 is a diagram showing mode forms of a first-order mode to a fifth-order mode.

【図12】主慣性モーメントの同定結果を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a result of identification of a main moment of inertia.

【図13】同定周波数帯域6Hzないし50Hzの第1
次ないし第3次の共振周波数を同定対象とした場合の質
量行列および剛体特性を示す図である。
FIG. 13 shows a first example of an identification frequency band of 6 Hz to 50 Hz.
FIG. 9 is a diagram illustrating a mass matrix and rigid body characteristics when the second to third resonance frequencies are to be identified.

【図14】同定周波数帯域6Hzないし26Hzの第1
次ないし第3次の共振周波数を同定対象とした場合の質
量行列および剛体特性を示す図である。
FIG. 14 shows a first identification frequency band of 6 Hz to 26 Hz.
FIG. 9 is a diagram illustrating a mass matrix and rigid body characteristics when the second to third resonance frequencies are to be identified.

【図15】同定周波数帯域6Hzないし20Hzの第1
次の共振周波数を同定対象とした場合の質量行列および
剛体特性を示す図である。
FIG. 15 shows a first example of an identification frequency band of 6 Hz to 20 Hz.
It is a figure which shows the mass matrix and rigid body characteristics when the next resonance frequency is made into an identification object.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

111 打撃ハンマ 112 力変換器 113 加速度計 121 外部インタフェイス 101 フレキシブルディスク 122 FD装置 128 中央処理装置 129 記憶装置 111 Impact hammer 112 Force transducer 113 Accelerometer 121 External interface 101 Flexible disk 122 FD device 128 Central processing unit 129 Storage device

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 解析対象物の測定点における座標データ
を求める処理と、 前記解析対象物の1つの場所を加振して前記測定点にお
ける周波数応答関数を求める処理と、 任意の弾性構造物モデルの質量行列が剛体質量行列に変
換できること、剛体質量行列が或る特定の要素構成とな
ること、および、剛体運動状態では前記解析対象物がそ
のすべての領域でひずみと応力とを生じないこと、とい
う力学原理から特性行列成分間の制約条件式を求める処
理と、 前記周波数応答関数に基づいて同定すべき周波数帯域内
の共振周波数を設定してモード特性を同定する処理と、 前記モード特性の同定から得られる不減衰固有振動数お
よび固有モードを目標値として前記制約条件式に基づき
質量行列および剛性行列を求める処理とを備えることを
特徴とする振動解析の方法。
1. A process for obtaining coordinate data at a measurement point of an object to be analyzed, a process for exciting a location of the object to be analyzed to obtain a frequency response function at the measurement point, and an arbitrary elastic structure model That the mass matrix can be converted into a rigid body mass matrix, that the rigid body mass matrix has a specific element configuration, and that the object to be analyzed does not generate strain and stress in all regions thereof in a rigid body motion state, A process of obtaining a constraint condition expression between characteristic matrix components based on the dynamic principle, a process of setting a resonance frequency within a frequency band to be identified based on the frequency response function, and a process of identifying a mode characteristic, and a process of identifying the mode characteristic. And obtaining a mass matrix and a stiffness matrix based on the constraint equation using the undamped natural frequency and eigenmode obtained from the target values as target values. The method of vibration analysis.
【請求項2】 測定された前記周波数応答関数から減衰
行列を求める処理と、 求められた前記質量行列、前記剛性行列および前記減衰
行列から決定される周波数応答関数を測定された前記周
波数応答関数にほぼ適合するように最適化する処理をさ
らに備えることを特徴とする請求項1に記載の振動解析
の方法。
2. A process for obtaining a damping matrix from the measured frequency response function, and converting the obtained frequency response function determined from the mass matrix, the stiffness matrix and the damping matrix into the measured frequency response function. The method for vibration analysis according to claim 1, further comprising a process of optimizing the vibration analysis so as to substantially match.
【請求項3】 前記力学原理の中の任意の弾性構造物モ
デルの質量行列が剛体質量行列に変換できることは、 【数1】 【数2】 で表現され、ここで、[M]は質量行列、[Mrigid ]
は剛体質量行列、[Ψ]は互いに直交する方向への並進
変位モードとそれらに対する回転変位モードとから構成
された行列、△x、△yおよび△zはそれぞれx方向単
位並進変位、y方向単位並進変位、z方向単位方向並進
変位、gは重力加速度であることを特徴とする請求項1
または請求項2に記載の振動解析の方法。
3. The fact that the mass matrix of any elastic structure model in the dynamic principle can be converted to a rigid body mass matrix is as follows: (Equation 2) Where [M] is the mass matrix and [Mrigid]
Is a rigid mass matrix, [Ψ] is a matrix composed of translational displacement modes in directions orthogonal to each other and rotational displacement modes for them, △ x, △ y, and △ z are translational displacements in the x direction and units in the y direction, respectively. The translational displacement, the translational displacement in the z-direction unit direction, and g is a gravitational acceleration.
Alternatively, the vibration analysis method according to claim 2.
【請求項4】 前記力学原理の中の剛体質量行列が或る
特定の要素構成となることは、 【数3】 で表現され、ここで、wは解析対象物の重さ、Ixx、I
yy、Izzはそれぞれ座標原点を通る各軸回りの慣性モー
メント、Iyx、Izx、Iyzは慣性乗積、A、B、Cは解
析対象物の質量をm、重心座標を(xg、yg、zg )と
すると、A=mxg 、B=myg 、C=mzg 、αは同
定精度を上げるための補正係数であることを特徴とする
請求項1または請求項2に記載の振動解析の方法。
4. The fact that the rigid body mass matrix in the dynamic principle has a specific element configuration is given by Where w is the weight of the object to be analyzed, Ixx, I
yy and Izz are the moments of inertia around each axis passing through the coordinate origin, Iyx, Izx and Iyz are the products of inertia, A, B and C are the mass of the object to be analyzed as m and the barycentric coordinates are (xg, yg and zg). 3. The method according to claim 1, wherein A = mxg, B = myg, C = mzg, and α are correction coefficients for increasing identification accuracy.
【請求項5】 前記補正係数αは、 1.0≦補正係数α≦1.3 であることを特徴とする請求項4に記載の振動解析の方
法。
5. The method according to claim 4, wherein the correction coefficient α satisfies 1.0 ≦ correction coefficient α ≦ 1.3.
【請求項6】 求められた前記質量行列に、前記目標値
とされた固有モードおよび不減衰固有振動数を用いて、 【数4】 【数5】 により前記質量行列および剛性行列を修正する処理をさ
らに備えることを特徴とする請求項1ないし請求項5の
いずれか1項に記載の振動解析の方法。
6. Using the obtained eigenmode and undampered eigenfrequency as the target value in the obtained mass matrix, (Equation 5) The method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a step of correcting the mass matrix and the stiffness matrix by:
【請求項7】 求められた前記質量行列および前記剛性
行列、ならびに、前記目標値とされた固有モードを用い
て、 【数6】 の特性行列成分間の制約条件式を求める処理と、 すべての剰余固有振動数を前記同定すべき周波数帯域よ
り高い周波数に移動する処理をさらに備えることを特徴
とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の
振動解析の方法。
7. Using the obtained mass matrix and stiffness matrix and the eigenmode set as the target value, 6. The method according to claim 1, further comprising: a process of obtaining a constraint condition expression between the characteristic matrix components of (1) and (2); and a process of moving all residual natural frequencies to a frequency higher than the frequency band to be identified. The method for vibration analysis according to any one of the preceding claims.
【請求項8】 前記共振周波数は、 第1共振周波数であることを特徴とする請求項1ないし
請求項7のいずれか1項に記載の振動解析の方法。
8. The method according to claim 1, wherein the resonance frequency is a first resonance frequency.
【請求項9】 解析対象物の測定点における座標データ
を求める第1処理手段と、 前記解析対象物の1つの場所を加振して前記測定点にお
ける周波数応答関数を求める第2処理手段と、 任意の弾性構造物モデルの質量行列が剛体質量行列に変
換できること、剛体質量行列が或る特定の要素構成とな
ること、および、剛体運動状態では前記解析対象物がそ
のすべての領域でひずみと応力とを生じないこと、とい
う力学原理から特性行列成分間の制約条件式を求める第
3処理手段と、 前記周波数応答関数に基づいて同定すべき周波数帯域内
の共振周波数を設定してモード特性を同定する第4処理
手段と、 前記モード特性の同定から得られる不減衰固有振動数お
よび固有モードを目標値として前記制約条件式に基づき
質量行列および剛性行列を求める第5処理手段とを備え
ることを特徴とする振動解析の装置。
9. A first processing means for obtaining coordinate data at a measurement point of the object to be analyzed; a second processing means for exciting a location of the object to be analyzed to obtain a frequency response function at the measurement point; That the mass matrix of any elastic structure model can be converted to a rigid body mass matrix, that the rigid body mass matrix has a specific element configuration, and that in the case of rigid body motion, the object to be analyzed has strain and stress in all its regions. And a third processing means for obtaining a constraint condition expression between characteristic matrix components based on the dynamic principle of not generating a resonance frequency within a frequency band to be identified based on the frequency response function, and identifying a mode characteristic. And a mass matrix and a stiffness matrix are determined based on the constraint equation using the undamped natural frequency and eigenmode obtained from the identification of the mode characteristics as target values. That apparatus for the vibration analysis, characterized in that it comprises a fifth processing means.
【請求項10】 測定された前記周波数応答関数から減
衰行列を求める第6処理手段と、 求められた前記質量行列、前記剛性行列および前記減衰
行列から決定される周波数応答関数を測定された前記周
波数応答関数にほぼ適合するように最適化する第7処理
手段をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の
振動解析の装置。
10. A sixth processing means for obtaining a damping matrix from the measured frequency response function, and a frequency for which a frequency response function determined from the obtained mass matrix, the stiffness matrix and the damping matrix is measured. The vibration analysis apparatus according to claim 9, further comprising: a seventh processing unit that optimizes the response analysis so as to substantially match the response function.
【請求項11】 前記力学原理の中の任意の弾性構造物
モデルの質量行列が剛体質量行列に変換できることは、 【数7】 【数8】 で表現され、ここで、[M]は質量行列、[Mrigid ]
は剛体質量行列、[Ψ]は互いに直交する方向への並進
変位モードとそれらに対する回転変位モードとから構成
された行列、△x、△yおよび△zはそれぞれx方向単
位並進変位、y方向単位並進変位、z方向単位方向並進
変位、gは重力加速度であることを特徴とする請求項9
または請求項10に記載の振動解析の装置。
11. The fact that the mass matrix of any elastic structure model in the dynamic principle can be converted into a rigid mass matrix is as follows: (Equation 8) Where [M] is the mass matrix and [Mrigid]
Is a rigid mass matrix, [Ψ] is a matrix composed of translational displacement modes in directions orthogonal to each other and rotational displacement modes for them, △ x, △ y, and △ z are translational displacements in the x direction and units in the y direction, respectively. 10. The translational displacement, the translational displacement in the z-direction unit direction, and g is a gravitational acceleration.
Alternatively, the vibration analysis apparatus according to claim 10.
【請求項12】 前記力学原理の中の剛体質量行列が或
る特定の要素構成となることは、 【数9】 で表現され、ここで、wは解析対象物の重さ、Ixx、I
yy、Izzはそれぞれ座標原点を通る各軸回りの慣性モー
メント、Iyx、Izx、Iyzは慣性乗積、A、B、Cは解
析対象物の質量をm、重心座標を(xg、yg、zg )と
すると、A=mxg 、B=myg 、C=mzg 、αは同
定精度を上げるための補正係数であることを特徴とする
請求項9または請求項10に記載の振動解析の装置。
12. The fact that the rigid body mass matrix in the dynamic principle has a specific element configuration is expressed by the following equation. Where w is the weight of the object to be analyzed, Ixx, I
yy and Izz are the moments of inertia around each axis passing through the coordinate origin, Iyx, Izx and Iyz are the products of inertia, A, B and C are the mass of the object to be analyzed as m and the barycentric coordinates are (xg, yg and zg). 11. The vibration analysis apparatus according to claim 9, wherein A = mxg, B = myg, C = mzg, and α are correction coefficients for increasing identification accuracy.
【請求項13】 前記補正係数αは、 1.0≦補正係数α≦1.3 であることを特徴とする請求項12に記載の振動解析の
装置。
13. The apparatus according to claim 12, wherein the correction coefficient α satisfies 1.0 ≦ correction coefficient α ≦ 1.3.
【請求項14】 求められた前記質量行列に、前記目標
値とされた固有モードおよび不減衰固有振動数を用い
て、 【数10】 【数11】 により前記質量行列および剛性行列を修正する第8処理
手段をさらに備えることを特徴とする請求項9ないし請
求項13のいずれか1項に記載の振動解析の装置。
14. Using the obtained eigenmode and undampered eigenfrequency as the target value in the obtained mass matrix, [Equation 11] The vibration analysis apparatus according to any one of claims 9 to 13, further comprising an eighth processing unit that corrects the mass matrix and the stiffness matrix according to:
【請求項15】 求められた前記質量行列および前記剛
性行列、ならびに、前記目標値とされた固有モードを用
いて、 【数12】 の特性行列成分間の制約条件式を求める第9処理手段
と、 すべての剰余固有振動数を前記同定すべき周波数帯域よ
り高い周波数に移動する第10処理手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項9ないし請求項13のいずれか
1項に記載の振動解析の装置。
15. Using the obtained mass matrix and the stiffness matrix and the eigenmode set as the target value, 9. A ninth processing means for obtaining a constraint expression between the characteristic matrix components of the following, and a tenth processing means for moving all the residual natural frequencies to a frequency higher than the frequency band to be identified. An apparatus for vibration analysis according to any one of claims 9 to 13.
【請求項16】 前記共振周波数は、 第1共振周波数であることを特徴とする請求項9ないし
請求項15のいずれか1項に記載の振動解析の装置。
16. The vibration analysis apparatus according to claim 9, wherein the resonance frequency is a first resonance frequency.
【請求項17】 解析対象物の測定点における座標デー
タを求める処理と、 前記解析対象物の1つの場所を加振して前記測定点にお
ける周波数応答関数を求める処理と、 任意の弾性構造物モデルの質量行列が剛体質量行列に変
換できること、剛体質量行列が或る特定の要素構成とな
ること、および、剛体運動状態では前記解析対象物がそ
のすべての領域でひずみと応力とを生じないこと、とい
う力学原理から特性行列成分間の制約条件式を求める処
理と、 前記周波数応答関数に基づいて同定すべき周波数帯域内
の共振周波数を設定してモード特性を同定する処理と、 前記モード特性の同定から得られる不減衰固有振動数お
よび固有モードを目標値として前記制約条件式に基づき
質量行列および剛性行列を求める処理とを備える、振動
を解析するプログラムをコンピュータに実行させるため
に記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
17. A process for obtaining coordinate data at a measurement point on an object to be analyzed, a process for exciting a location of the object to be analyzed to obtain a frequency response function at the measurement point, and an arbitrary elastic structure model. That the mass matrix can be converted into a rigid body mass matrix, that the rigid body mass matrix has a specific element configuration, and that the object to be analyzed does not generate strain and stress in all regions thereof in a rigid body motion state, A process of obtaining a constraint condition expression between characteristic matrix components based on the dynamic principle, a process of setting a resonance frequency within a frequency band to be identified based on the frequency response function, and a process of identifying a mode characteristic, and a process of identifying the mode characteristic. A process of obtaining a mass matrix and a stiffness matrix based on the constraint equation using the undamped natural frequency and eigenmode obtained as the target values. A computer-readable recording medium in order to execute that program on a computer.
【請求項18】 測定された前記周波数応答関数から減
衰行列を求める処理と、 求められた前記質量行列、前記剛性行列および前記減衰
行列から決定される周波数応答関数を測定された前記周
波数応答関数にほぼ適合するように最適化する処理をさ
らに備えることを特徴とする請求項17に記載のコンピ
ュータ読み取り可能な記録媒体。
18. A process for obtaining a damping matrix from the measured frequency response function, and converting the obtained frequency response function determined from the mass matrix, the stiffness matrix and the damping matrix into the measured frequency response function. 18. The computer-readable recording medium according to claim 17, further comprising a process of optimizing the recording medium so as to be substantially suitable.
【請求項19】 前記力学原理の中の任意の弾性構造物
モデルの質量行列が剛体質量行列に変換できることは、 【数13】 【数14】 で表現され、ここで、[M]は質量行列、[Mrigid ]
は剛体質量行列、[Ψ]は互いに直交する方向への並進
変位モードとそれらに対する回転変位モードとから構成
された行列、△x、△yおよび△zはそれぞれx方向単
位並進変位、y方向単位並進変位、z方向単位方向並進
変位、gは重力加速度であることを特徴とする請求項1
7または請求項18に記載のコンピュータ読み取り可能
な記録媒体。
19. The mass matrix of any elastic structure model in the dynamic principle can be converted into a rigid mass matrix by: [Equation 14] Where [M] is the mass matrix and [Mrigid]
Is a rigid mass matrix, [Ψ] is a matrix composed of translational displacement modes in directions orthogonal to each other and rotational displacement modes for them, △ x, △ y, and △ z are translational displacements in the x direction and units in the y direction, respectively. The translational displacement, the translational displacement in the z-direction unit direction, and g is a gravitational acceleration.
A computer-readable recording medium according to claim 7 or claim 18.
【請求項20】 前記力学原理の中の剛体質量行列が或
る特定の要素構成となることは、 【数15】 で表現され、ここで、wは解析対象物の重さ、Ixx、I
yy、Izzはそれぞれ座標原点を通る各軸回りの慣性モー
メント、Iyx、Izx、Iyzは慣性乗積、A、B、Cは解
析対象物の質量をm、重心座標を(xg、yg、zg )と
すると、A=mxg 、B=myg 、C=mzg 、αは同
定精度を上げるための補正係数であることを特徴とする
請求項17または請求項18に記載のコンピュータ読み
取り可能な記録媒体。
20. The fact that the rigid body mass matrix in the dynamic principle has a specific element configuration is expressed by the following equation. Where w is the weight of the object to be analyzed, Ixx, I
yy and Izz are the moments of inertia around each axis passing through the coordinate origin, Iyx, Izx and Iyz are the products of inertia, A, B and C are the mass of the object to be analyzed as m and the barycentric coordinates are (xg, yg and zg). 19. The computer-readable recording medium according to claim 17, wherein A = mxg, B = myg, C = mzg, and .alpha. Are correction coefficients for increasing identification accuracy.
【請求項21】 前記補正係数αは、 1.0≦補正係数α≦1.3 であることを特徴とする請求項20に記載のコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体。
21. The computer-readable recording medium according to claim 20, wherein the correction coefficient α satisfies 1.0 ≦ correction coefficient α ≦ 1.3.
【請求項22】 求められた前記質量行列に、前記目標
値とされた固有モードおよび不減衰固有振動数を用い
て、 【数16】 【数17】 により前記質量行列および剛性行列を修正する処理をさ
らに備えることを特徴とする請求項17ないし請求項2
1のいずれか1項に記載のコンピュータ読み取り可能な
記録媒体。
22. By using the eigenmode and the undampered eigenfrequency set as the target value in the obtained mass matrix, [Equation 17] 17. The method according to claim 17, further comprising the step of correcting the mass matrix and the stiffness matrix by using
2. The computer-readable recording medium according to claim 1.
【請求項23】 求められた前記質量行列および前記剛
性行列、ならびに、前記目標値とされた固有モードを用
いて、 【数18】 の特性行列成分間の制約条件式を求める処理と、 すべての剰余固有振動数を前記同定すべき周波数帯域よ
り高い周波数に移動する処理をさらに備えることを特徴
とする請求項17ないし請求項21のいずれか1項に記
載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
23. Using the obtained mass matrix and the stiffness matrix and the eigenmode set as the target value, 22. The method according to claim 17, further comprising: a process of obtaining a constraint condition expression between the characteristic matrix components of: and a process of moving all residual natural frequencies to a frequency higher than the frequency band to be identified. The computer-readable recording medium according to claim 1.
【請求項24】 前記共振周波数は、 第1共振周波数であることを特徴とする請求項17ない
し請求項23のいずれか1項に記載のコンピュータ読み
取り可能な記録媒体。
24. The computer-readable recording medium according to claim 17, wherein the resonance frequency is a first resonance frequency.
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