JP2007298324A - Vibration analysis system - Google Patents

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政司 荒川
Ichiro Suzuki
一郎 鈴木
Hiroo Yamaoka
裕生 山岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technique capable of precisely estimating transfer of vibration energy in a complex structure and visualizing its transfer state. <P>SOLUTION: For each of a plurality of elements constituting a model, a computer executes processing for calculating transfer vector expressing the vibration energy transmitted in the element and processing for displaying the calculated transfer vector for each element with the model. In the processing for calculating the transfer vector, the computer calculates the transfer vector from displacement of each element and internal force acting on each element. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、構造物の振動現象の解析を支援する技術に関する。   The present invention relates to a technique for supporting analysis of a vibration phenomenon of a structure.

車両開発においては、車体の振動や騒音の低減が重要な課題の一つである。しかし振動現象は目に見えないため、その発生要因を的確に捉えることは難しい。そこでかねてより、三次元構造物における振動エネルギ(運動エネルギ、歪エネルギ)の分布、位相毎の変化、伝達経路などを、コンピュータによって高精度に解析し、可視化するシステムの登場が望まれていた。   In vehicle development, reduction of body vibration and noise is one of the important issues. However, since the vibration phenomenon is invisible, it is difficult to accurately grasp the cause of the phenomenon. Accordingly, there has been a demand for the emergence of a system that analyzes and visualizes vibration energy (kinetic energy, strain energy) distribution, phase-by-phase change, transmission path, and the like in a three-dimensional structure with high accuracy by a computer.

特許文献1には、実際の振動を測定して被測定物がどのような振動モードで振動しているかを推定するシステムが提案されている。しかし、比較的単純な構造物であれば精度良く推定することも可能であるが、被測定物が複雑な三次元構造物の場合には振動がどのように伝達しているのかを精度良く推定することは困難であった。   Patent Document 1 proposes a system for measuring actual vibration and estimating in what vibration mode the object to be measured vibrates. However, it is possible to estimate with high accuracy if it is a relatively simple structure. However, if the object to be measured is a complicated three-dimensional structure, it is possible to accurately estimate how vibration is transmitted. It was difficult to do.

また、構造物内の振動エネルギの伝達経路を特定する研究の一つに振動インテンシティがある(非特許文献1、2参照)。しかし、従来の振動インテンシティは、平板等の二次元構造物の表面振動(面外振動)を実験にて計測し、エネルギの伝達経路を算出しているにすぎず、車体のように複雑な三次元構造物への適用は困難である。
特開平11−148858号公報 特開2000−55776号公報 特開2000−120768号公報 特開平6−274184号公報 小嶋直哉,「インテンシティ法を用いた乗用車外板における過渡振動エネルギ流れ計測」,自動車技術会 春季大会前刷集,2000年,Vol.31,No.2,P.23−27 中川稔章,「振動インテンシティによる散逸エネルギの解析」、日本機械学会論文集(C編),1995年,第61巻,第589号,p.3482−3488
Moreover, there is a vibration intensity as one of studies for identifying a transmission path of vibration energy in a structure (see Non-Patent Documents 1 and 2). However, the conventional vibration intensity only measures the surface vibration (out-of-plane vibration) of a two-dimensional structure such as a flat plate by experiment and calculates the energy transmission path. Application to three-dimensional structures is difficult.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-148858 JP 2000-55776 A JP 2000-120768 A JP-A-6-274184 Naoya Kojima, “Measurement of transient vibration energy flow in passenger car skins using intensity method”, JSME Spring Conference Preprint, 2000, Vol. 31, no. 2, P.I. 23-27 Nakagawa, Y., “Analysis of Dissipated Energy by Vibration Intensity”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (C), 1995, 61, 589, p. 3482-3488

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複雑な構造物における振動エネルギの伝達を精度良く推定し、その伝達の様子を可視化することの可能な技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is a technique capable of accurately estimating the transmission of vibration energy in a complex structure and visualizing the state of the transmission. It is to provide.

上記目的を達成するために本発明では、以下の構成を採用する。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.

本発明の第1態様は、モデルを構成する複数の要素のそれぞれについて、要素内を伝わる振動エネルギを表す伝達ベクトルを算出する伝達ベクトル算出手段と、各要素について算出された伝達ベクトルを前記モデルとともに表示する出力手段と、を備える振動解析システムである。ここで、前記伝達ベクトル算出手段は、各要素の変位と各要素に作用する内力とから前記伝達ベクトルを算出する。   According to a first aspect of the present invention, for each of a plurality of elements constituting a model, a transfer vector calculating means for calculating a transfer vector representing vibration energy transmitted through the element, and the transfer vector calculated for each element together with the model And an output means for displaying. Here, the transmission vector calculation means calculates the transmission vector from the displacement of each element and the internal force acting on each element.

上記構成では、解析対象とする構造物のモデルを複数の要素から構成し、個々の要素について変位と内力から伝達ベクトルを求めているので、計算により、複雑な構造物(特に
三次元構造物)の内部における振動エネルギの伝達経路を精度良く推定することができる。そして、このようにして求めた伝達ベクトルをモデルとともに表示することで、振動エネルギが伝達する様子を可視化でき、振動の発生要因の特定や対策の立案を支援することができる。
In the above configuration, the model of the structure to be analyzed is composed of a plurality of elements, and the transmission vector is obtained from the displacement and internal force for each element. It is possible to accurately estimate the vibration energy transmission path in the interior. By displaying the transmission vector thus obtained together with the model, it is possible to visualize how vibration energy is transmitted, and it is possible to support the identification of the cause of vibration and the planning of countermeasures.

前記伝達ベクトル算出手段は、要素上の2つの質点について、質点の変位と質点に作用する内力とから各質点における仕事率を算出し、2つの質点における仕事率の差を、前記伝達ベクトルの前記2つの質点を結ぶ方向の成分とすることが好ましい。例えば伝達ベクトルを要素座標系のxy平面内で考えるのであれば、x軸方向に並ぶ2つの質点に着目して伝達ベクトルのx方向成分を算出し、y軸方向に並ぶ2つの質点に着目して伝達ベクトルのy方向成分を算出すればよい。   The transmission vector calculation means calculates the power of each mass point from the displacement of the mass point and the internal force acting on the mass point for the two mass points on the element, and calculates the difference in power between the two mass points of the transmission vector. The component in the direction connecting the two mass points is preferable. For example, if the transfer vector is considered in the xy plane of the element coordinate system, the x-direction component of the transfer vector is calculated by focusing on two mass points aligned in the x-axis direction, and the two mass points aligned in the y-axis direction are focused. Thus, the y direction component of the transmission vector may be calculated.

本発明者らは、「エネルギ平衡状態を保つために、振動エネルギは仕事が大きい方から小さい方へ伝達する」と仮定し、かかる仮定の下、伝達ベクトルを2点間の仕事率の差として定義した。これにより、比較的簡単な計算で高精度に伝達ベクトルを算出することができる。なお、仕事率は、単位時間当たりの仕事であり、具体的には内力に速度(変位の時間微分)を乗じることで算出できる。「仕事率の差」としたのは、「仕事の差」とした場合、減衰が無い系(若しくは減衰が極めて小さい系)においては、1周期で考えたときに、2点間の仕事の差が0(若しくはほぼ0)となり、2点間のエネルギ伝達を正確に捉えることができなくなってしまうからである。   The inventors of the present invention assume that “vibration energy is transmitted from a larger work to a smaller work in order to maintain an energy balance state”, and under this assumption, the transmission vector is defined as a difference in power between two points. Defined. As a result, the transfer vector can be calculated with high accuracy by a relatively simple calculation. The work rate is the work per unit time, and can be calculated by multiplying the internal force by the speed (time derivative of displacement). The difference in work rate is the difference in work between two points when considered in one cycle in a system with no attenuation (or a system with extremely small attenuation). This is because it becomes 0 (or almost 0), and energy transfer between two points cannot be accurately captured.

前記内力は、軸力、せん断力、横せん断力、曲げモーメント及びねじりモーメントのうち少なくとも1つを含むとよく、さらに好ましくは、軸力、せん断力、横せん断力、曲げモーメント及びねじりモーメントの全てを含むとよい。多くの種類の内力を考慮することで、精度がより向上する。   The internal force may include at least one of an axial force, a shearing force, a transverse shearing force, a bending moment and a torsional moment, and more preferably all of an axial force, a shearing force, a transverse shearing force, a bending moment and a torsional moment. It is good to include. Considering many types of internal forces, the accuracy is further improved.

前記伝達ベクトル算出手段は、有限要素法の算出結果から、各要素の変位と各要素に作用する内力とを得ることが好ましい。もちろん、有限要素法以外の解析手法を利用しても構わない。なお、有限要素法の算出結果としては、通常、要素の各節点の変位が得られるので、伝達ベクトル算出手段は、各節点の変位から上記各質点の変位を算出するとよい。   The transmission vector calculation means preferably obtains the displacement of each element and the internal force acting on each element from the calculation result of the finite element method. Of course, analysis methods other than the finite element method may be used. As the calculation result of the finite element method, since the displacement of each node of the element is usually obtained, the transfer vector calculation means may calculate the displacement of each mass point from the displacement of each node.

前記モデルは車体のモデルであることも好ましい。   The model is preferably a model of a vehicle body.

前記出力手段は、前記伝達ベクトルをその大きさに応じて疑似色表示することが好ましい。これによりエネルギの伝達方向だけでなく、振動エネルギの大きさに相当する情報をも可視化することができる。   Preferably, the output means displays the transmission vector in a pseudo color according to the size. As a result, not only the energy transmission direction but also information corresponding to the magnitude of vibration energy can be visualized.

なお、本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する振動解析システムとして捉えることができる。また、本発明は、上記処理の少なくとも一部を含む振動解析方法、又は、かかる方法を実現するための振動解析プログラム、又は、その振動解析プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えることもできる。上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。   The present invention can be understood as a vibration analysis system having at least a part of the above means. Further, the present invention can also be understood as a vibration analysis method including at least a part of the above processing, a vibration analysis program for realizing the method, or a computer-readable recording medium storing the vibration analysis program. it can. Each of the above means and processes can be combined with each other as much as possible to constitute the present invention.

たとえば、本発明の第2態様としての振動解析方法は、コンピュータが、モデルを構成する複数の要素のそれぞれについて、要素内を伝わる振動エネルギを表す伝達ベクトルを算出する処理と、各要素について算出された伝達ベクトルを前記モデルとともに表示する処理と、を実行する振動解析方法において、前記コンピュータが、前記伝達ベクトルを算出する処理において、各要素の変位と各要素に作用する内力とから前記伝達ベクトルを算出するものである。   For example, in the vibration analysis method according to the second aspect of the present invention, the computer calculates, for each of a plurality of elements constituting the model, a process of calculating a transfer vector representing vibration energy transmitted through the element, and each element. In the vibration analysis method for executing the process of displaying the transmitted vector together with the model, the computer calculates the transmission vector from the displacement of each element and the internal force acting on each element in the process of calculating the transmitted vector. Is to be calculated.

また、本発明の第3態様としての振動解析プログラムは、コンピュータを、モデルを構成する複数の要素のそれぞれについて、要素内を伝わる振動エネルギを表す伝達ベクトルを算出する伝達ベクトル算出手段と、各要素について算出された伝達ベクトルを前記モデルとともに表示する出力手段と、して機能させる振動解析プログラムであって、前記伝達ベクトル算出手段は、各要素の変位と各要素に作用する内力とから前記伝達ベクトルを算出するものである。   In addition, the vibration analysis program as the third aspect of the present invention includes a transmission vector calculation means for calculating a transfer vector representing vibration energy transmitted through an element for each of a plurality of elements constituting the model, and each element A vibration analysis program that functions as an output unit that displays the transmission vector calculated for the model together with the model, wherein the transmission vector calculation unit calculates the transmission vector from the displacement of each element and the internal force acting on each element. Is calculated.

本発明によれば、複雑な構造物における振動エネルギの伝達を精度良く推定し、その伝達の様子を可視化することができる。   According to the present invention, transmission of vibration energy in a complicated structure can be accurately estimated, and the state of the transmission can be visualized.

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本発明の実施形態に係る振動解析システムは、車体などの三次元構造物における振動エネルギの状態を解析し、その振動エネルギの伝達経路を可視化することによって、振動の発生要因の究明や対策立案を支援するためのものである。   The vibration analysis system according to the embodiment of the present invention analyzes the state of vibration energy in a three-dimensional structure such as a vehicle body and visualizes the transmission path of the vibration energy, thereby investigating the cause of vibration and planning countermeasures. It is for support.

<伝達ベクトルの算出手法>
振動解析システムの具体的構成の説明に入る前に、本実施形態における伝達ベクトルの算出手法の基本的な考え方について説明を行う。
<Transmission vector calculation method>
Before describing the specific configuration of the vibration analysis system, the basic concept of the transfer vector calculation method in this embodiment will be described.

三次元構造物における振動エネルギを高精度に解析するには、構造内部の状態量(変位)や内力(軸力、せん断力、モーメント)を用いることが望ましい。ところが、そのような内部状態量や内力は実験で計測することが極めて困難である。そこで本実施形態では、コンピュータによる構造解析によって内部状態量及び内力の算出を行う。   In order to analyze vibration energy in a three-dimensional structure with high accuracy, it is desirable to use state quantities (displacement) and internal forces (axial force, shear force, moment) inside the structure. However, it is extremely difficult to measure such internal state quantities and internal forces by experiments. Therefore, in this embodiment, the internal state quantity and the internal force are calculated by structural analysis by a computer.

構造解析手法としては、有限要素法(FEM:Finite Element Method)を用いる。有
限要素法では、三次元構造物が多数の要素(板要素、梁要素等)から構成されるFEモデルで表される。例えば車体であれば百万個程度の要素からなるFEモデルが用いられる。そのFEモデルに対して加振点や角振動数などの加振条件を与えると、各要素に作用する内力、各要素の節点の変位などが算出される。また、FEモデルの各要素は体積や材質の情報も有しており、これらの情報から要素毎の剛性行列及び質量行列も算出される。
As a structural analysis method, a finite element method (FEM) is used. In the finite element method, a three-dimensional structure is represented by an FE model composed of a large number of elements (plate elements, beam elements, etc.). For example, in the case of a vehicle body, an FE model composed of about one million elements is used. When an excitation condition such as an excitation point or an angular frequency is given to the FE model, an internal force acting on each element, a displacement of a node of each element, and the like are calculated. Each element of the FE model also has volume and material information, and a stiffness matrix and a mass matrix for each element are calculated from the information.

振動解析システムは、有限要素解析の結果として得られた、各要素の節点の変位及び各要素に作用する内力を用いて、要素内を伝わる振動エネルギを表す伝達ベクトルを算出する。内力としては、軸力、せん断力、横せん断力、曲げモーメント、ねじりモーメントを考慮する。   The vibration analysis system calculates a transfer vector representing vibration energy transmitted through the element by using the displacement of the node of each element and the internal force acting on each element obtained as a result of the finite element analysis. As the internal force, axial force, shear force, lateral shear force, bending moment and torsion moment are taken into consideration.

以下、図1に示すように、xy平面が矩形をなし、且つ、z軸方向に厚みを有する板要素を例にとり、伝達ベクトルの算出手法を説明する。板要素は4つの節点P1〜P4をもち、各節点はx、y、z軸方向の移動とx、y、z軸回りの回転(角変位)の6自由度を有している。よって、板要素の変位uは下記式のように24個の成分からなるベクトルで表される。なお、ここでいうところのx,y,zは要素座標系である。もし有限要素解析の結果が全体座標系で得られている場合には、全体座標から要素座標への座標変換を行う必要がある。

Figure 2007298324
Hereinafter, as illustrated in FIG. 1, a transmission vector calculation method will be described using a plate element having an xy plane that is rectangular and has a thickness in the z-axis direction as an example. The plate element has four nodes P1 to P4, and each node has six degrees of freedom of movement in the x, y, and z axis directions and rotation (angular displacement) around the x, y, and z axes. Therefore, the displacement u of the plate element is represented by a vector composed of 24 components as in the following equation. Note that x, y, and z here are element coordinate systems. If the result of finite element analysis is obtained in the global coordinate system, it is necessary to perform coordinate conversion from global coordinates to element coordinates.
Figure 2007298324

節点の速度は変位を時間微分することによって下記の通り求まる。

Figure 2007298324
The velocity of the node can be obtained as follows by differentiating the displacement with time.
Figure 2007298324

ここで、x軸方向に向かい合う2つの側面をそれぞれ面A、面Bとし、x軸での軸力Fx、横せん断力Fxy、x軸のせん断力Vx、x軸周りの曲げモーメントMy、及び、ねじりモーメントMxyが面A,Bのそれぞれの重心である点(質点)PA,PBに作用するものとする。同様に、y軸方向に向かい合う2つの側面をそれぞれ面C、面Dとし、y軸での軸力Fy、横せん断力Fxy、y軸のせん断力Vy、y軸周りの曲げモーメントMx、及び、ねじりモーメントMxyが面C,Dのそれぞれの重心である点(質点)PC,PDに作用するものとする。   Here, two side surfaces facing in the x-axis direction are referred to as plane A and plane B, respectively, an axial force Fx on the x-axis, a lateral shearing force Fxy, a shearing force Vx on the x-axis, a bending moment My around the x-axis, and It is assumed that the torsional moment Mxy acts on points (mass points) PA and PB that are the centers of gravity of the surfaces A and B, respectively. Similarly, the two side surfaces facing in the y-axis direction are plane C and plane D, respectively, the axial force Fy in the y-axis, the transverse shear force Fxy, the shear force Vy in the y-axis, the bending moment Mx around the y-axis, and It is assumed that the torsional moment Mxy acts on the points (mass points) PC and PD which are the centers of gravity of the surfaces C and D, respectively.

点PAの速度は、節点P1とP3の速度を線形補間することにより次のように求まる。

Figure 2007298324
The speed of the point PA is obtained as follows by linearly interpolating the speeds of the nodes P1 and P3.
Figure 2007298324

同様に、点PBの速度は節点P2とP4の速度から、点PCの速度は節点P1とP2の速度から、点PDの速度は節点P3とP4の速度から求まる。   Similarly, the speed of the point PB is obtained from the speeds of the nodes P2 and P4, the speed of the point PC is obtained from the speeds of the nodes P1 and P2, and the speed of the point PD is obtained from the speeds of the nodes P3 and P4.

(1)軸力
図2は、x軸での軸力Fxが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示したものである。点PA,PBに図示のように軸力Fxが作用した場合、その振動エネルギはx軸方向(点PAとPBを結ぶ方向)に伝達すると考えられる。そして、単位時間当たりに伝達される振動エネルギの大きさは、点PAと点PB間での軸力Fxによる仕事率の差として定義することができ、具体的には下記式で表すことができる。

Figure 2007298324
(1) Axial Force FIG. 2 schematically shows the transmission direction of vibration energy when the axial force Fx on the x-axis acts. When the axial force Fx acts on the points PA and PB as shown in the figure, the vibration energy is considered to be transmitted in the x-axis direction (direction connecting the points PA and PB). The magnitude of vibration energy transmitted per unit time can be defined as the difference in power due to the axial force Fx between the point PA and the point PB, and specifically can be expressed by the following equation. .
Figure 2007298324

(2)横せん断力
図3は、横せん断力Fxyが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示したものである。点PA,PBに図示のように横せん断力Fxyが作用した場合、その振動エネルギはx軸方向に伝達すると考えられる。そして、単位時間当たりに伝達される振動エネルギの大きさは、点PAと点PB間での横せん断力Fxyによる仕事率の差として定義することができ、具体的には下記式で表すことができる。

Figure 2007298324
(2) Lateral Shear Force FIG. 3 schematically shows the transmission direction of vibration energy when the transverse shear force Fxy is applied. When the transverse shear force Fxy acts on the points PA and PB as shown in the figure, the vibration energy is considered to be transmitted in the x-axis direction. The magnitude of vibration energy transmitted per unit time can be defined as the difference in power due to the transverse shear force Fxy between the point PA and the point PB. Specifically, it can be expressed by the following equation. it can.
Figure 2007298324

(3)せん断力
図4は、x軸のせん断力Vxが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示したものである。点PA,PBに図示のようにせん断力Vxが作用した場合、その振動エネルギはx軸方向に伝達すると考えられる。そして、単位時間当たりに伝達される振動エネルギの大きさは、点PAと点PB間でのせん断力Vxによる仕事率の差として定義することができ、具体的には下記式で表すことができる。

Figure 2007298324
(3) Shear Force FIG. 4 schematically shows the transmission direction of vibration energy when the x-axis shear force Vx is applied. When the shear force Vx acts on the points PA and PB as shown in the figure, the vibration energy is considered to be transmitted in the x-axis direction. The magnitude of vibration energy transmitted per unit time can be defined as the difference in power due to the shearing force Vx between the point PA and the point PB, and specifically can be expressed by the following equation. .
Figure 2007298324

(4)曲げモーメント
図5は、x軸周りの曲げモーメントMyが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示したものである。点PA,PBに図示のように曲げモーメントMyが作用した場合、その振動エネルギはx軸方向に伝達すると考えられる。そして、単位時間当たりに伝達される振動エネルギの大きさは、点PAと点PB間での曲げモーメントMyによる仕事率の差として定義することができ、具体的には下記式で表すことができる。

Figure 2007298324
(4) Bending Moment FIG. 5 schematically shows the transmission direction of vibration energy when the bending moment My around the x axis acts. When the bending moment My acts on the points PA and PB as shown in the figure, the vibration energy is considered to be transmitted in the x-axis direction. The magnitude of vibration energy transmitted per unit time can be defined as the difference in power due to the bending moment My between the point PA and the point PB, and specifically can be expressed by the following equation. .
Figure 2007298324

(5)ねじりモーメント
図6は、ねじりモーメントMxyが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示したものである。点PA,PBに図示のようにねじりモーメントMxyが作用した場合、その振動エネルギはx軸方向に伝達すると考えられる。そして、単位時間当たりに伝達される振動エネルギの大きさは、点PAと点PB間でのねじりモーメントMxyによる仕事率の差として定義することができ、具体的には下記式で表すことができる。

Figure 2007298324
(5) Torsional moment FIG. 6 schematically shows the transmission direction of vibration energy when the torsional moment Mxy acts. When the torsional moment Mxy acts on the points PA and PB as shown in the figure, the vibration energy is considered to be transmitted in the x-axis direction. The magnitude of vibration energy transmitted per unit time can be defined as the difference in power due to the torsional moment Mxy between the point PA and the point PB, and specifically can be expressed by the following equation. .
Figure 2007298324

以上より、伝達ベクトルのx軸方向成分VIxは、式4で表すことができる。

Figure 2007298324
From the above, the x-axis direction component VIx of the transmission vector can be expressed by Equation 4.
Figure 2007298324

同様にして、伝達ベクトルのy軸方向成分VIyは、式5で表すことができる。

Figure 2007298324
Similarly, the y-axis direction component VIy of the transmission vector can be expressed by Equation 5.
Figure 2007298324

なお、ここでは、図1に示す板要素を例にとり説明を行ったが、他の形状の要素につい
ても、質点PA〜PDを適宜設定すれば上記式4、式5を用いて伝達ベクトルを算出することができる。
Although the description has been given here taking the plate element shown in FIG. 1 as an example, the transmission vector is calculated using the above equations 4 and 5 if the mass points PA to PD are appropriately set for elements of other shapes. can do.

では次に、上記式4及び式5を利用する振動解析システムの一構成例を具体的に説明する。   Next, a configuration example of the vibration analysis system using the above formulas 4 and 5 will be specifically described.

<システム構成>
図7は、振動解析システムの機能構成を示すブロック図である。
<System configuration>
FIG. 7 is a block diagram illustrating a functional configuration of the vibration analysis system.

振動解析システムは、伝達ベクトルを算出する伝達ベクトル算出部1と、算出結果を記憶する特性値データベース2と、算出結果を出力する出力部3とから構成される。   The vibration analysis system includes a transmission vector calculation unit 1 that calculates a transmission vector, a characteristic value database 2 that stores a calculation result, and an output unit 3 that outputs the calculation result.

この振動解析システムは、典型的には、演算処理装置(CPU)、主記憶装置(メモリ)、補助記憶装置(ハードディスクなど)、表示装置、入力装置(マウス、キーボードなど)を備えた汎用のコンピュータと、このコンピュータで動作するプログラムから構成可能である。図1に示す機能要素は、演算処理装置がプログラムを実行し、必要に応じて主記憶装置、補助記憶装置、表示装置、入力装置などのハードウエア資源を制御することで実現されるものである。ただし、これらの機能要素の一部を専用のチップで代替しても構わない。また、これらの機能要素の全てが単一のコンピュータで実行される必要はなく、複数のコンピュータが協働して振動解析システムを構成してもよい。   This vibration analysis system typically includes a general-purpose computer including an arithmetic processing unit (CPU), a main storage device (memory), an auxiliary storage device (hard disk, etc.), a display device, and an input device (mouse, keyboard, etc.). And a program that runs on this computer. The functional elements shown in FIG. 1 are realized by an arithmetic processing unit executing a program and controlling hardware resources such as a main storage device, an auxiliary storage device, a display device, and an input device as necessary. . However, a part of these functional elements may be replaced with a dedicated chip. Moreover, it is not necessary for all of these functional elements to be executed by a single computer, and a plurality of computers may cooperate to constitute a vibration analysis system.

<処理の流れ>
図8は、処理の流れを示すフローチャートである。
<Process flow>
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing.

伝達ベクトル算出部1は、有限要素解析の結果を、記憶装置若しくはネットワークを介して取得する(ステップS10)。ここで取得する情報には、少なくとも、FEモデルを所定の角振動数ωで加振した場合の各要素の変位と各要素に作用する内力(軸力、せん断力、横せん断力、曲げモーメント、ねじりモーメント)とが含まれている。   The transfer vector calculation unit 1 acquires the result of the finite element analysis via a storage device or a network (step S10). The information acquired here includes at least the displacement of each element when the FE model is vibrated at a predetermined angular frequency ω and the internal force acting on each element (axial force, shear force, lateral shear force, bending moment, Torsional moment).

次に、伝達ベクトル算出部1は、各要素の節点の変位から節点の速度を算出する(ステップS11)。変位から速度への変換は、時間微分を行えばよい(式2参照)。   Next, the transmission vector calculation unit 1 calculates the velocity of the node from the displacement of the node of each element (step S11). Conversion from displacement to speed may be performed by time differentiation (see Equation 2).

次に、伝達ベクトル算出部1は、節点の速度から、内力の作用点PA〜PDにおける速度を算出する(ステップS12)。作用点における速度は、節点の速度を線形補間することにより算出することができる(式3参照)。   Next, the transmission vector calculation unit 1 calculates the speed at the action points PA to PD of the internal force from the speed of the node (step S12). The speed at the point of action can be calculated by linearly interpolating the speed of the node (see Equation 3).

次に、伝達ベクトル算出部1は、ステップS12で算出した作用点の速度を全体座標系から要素座標系に変換する(ステップS13)。ただし、ステップS10で取得した変位が元々要素座標系であったなら、ここでの座標変換処理は不要である。なお、ステップS11〜S13の処理はどのような順番で行っても同様の結果を得ることができる。   Next, the transfer vector calculation unit 1 converts the speed of the action point calculated in step S12 from the global coordinate system to the element coordinate system (step S13). However, if the displacement acquired in step S10 was originally in the element coordinate system, the coordinate conversion process here is unnecessary. It should be noted that the same result can be obtained regardless of the order of steps S11 to S13.

次に、伝達ベクトル算出部1は、ステップS10で取得した各要素の内力と、ステップS13で算出した各要素の各作用点の速度とから、式4及び式5に従って各要素の伝達ベクトルを算出する(ステップS14)。この算出結果は、特性値データベース2に順次格納される。   Next, the transfer vector calculation unit 1 calculates the transfer vector of each element according to Expression 4 and Expression 5 from the internal force of each element acquired in Step S10 and the speed of each action point of each element calculated in Step S13. (Step S14). The calculation results are sequentially stored in the characteristic value database 2.

そして、出力部3が、特性値データベース2から各要素の伝達ベクトルを読み込み、それらをモデルとともに表示装置に出力する(ステップS15)。   And the output part 3 reads the transmission vector of each element from the characteristic value database 2, and outputs them to a display apparatus with a model (step S15).

図9及び図10に算出結果の表示例を示す。図9は片持ち梁の例を示し、図10は車体
の例を示している。この表示例では、各要素の伝達ベクトルがFEモデルに重ねて表示されている。また、FEモデルには加振点も表示されている。このような表示を見ることで、加振点で発生した振動がどのような経路をたどって構造物の各部位に伝達されていくのかを直感的且つ容易に把握できる。また、各伝達ベクトルは、その大きさに応じて疑似色表示されており、振動エネルギの大きさに相当する情報をも直感的に把握できるようになっている。
9 and 10 show display examples of calculation results. FIG. 9 shows an example of a cantilever and FIG. 10 shows an example of a vehicle body. In this display example, the transmission vector of each element is displayed superimposed on the FE model. In addition, an excitation point is also displayed on the FE model. By viewing such a display, it is possible to intuitively and easily grasp what path the vibration generated at the excitation point is transmitted to each part of the structure. Further, each transmission vector is displayed in a pseudo color according to its size, so that information corresponding to the magnitude of vibration energy can be intuitively grasped.

ルーフパネルの振動音が問題となっていたときに図10の解析結果が得られたとする。図10の表示を見ると、エンジンコンパートメント内の振動エネルギがフロントピラーを経由して、ルーフパネルまで伝達し、ルーフパネルの一部分を振動させていることが分かる。これによりルーフパネルの振動音が発生するメカニズムを容易に推測可能である。かかる考察が得られれば、対策として、エンジンコンパートメントからルーフパネルに至る伝達経路のどこかを補強したり、制振材を取り付けたりすればよいことが分かり、適切な対策をとることが容易になる。しかも、伝達経路及び伝達メカニズムが明らかになっていることから、例えば、エンジンコンパートメント内の接合部位の補強、フロントピラーの形状変更、ルーフパネルの肉厚化といったように、対策箇所やその対策内容の自由度が増すため、最も対応(設計変更)が容易な対策をとればよくなる、という利点もある。   Assume that the analysis result of FIG. 10 is obtained when the vibration sound of the roof panel is a problem. Looking at the display of FIG. 10, it can be seen that vibration energy in the engine compartment is transmitted to the roof panel via the front pillar and vibrates a part of the roof panel. As a result, it is possible to easily guess the mechanism by which the vibration noise of the roof panel is generated. If such consideration is obtained, it will be understood that it is only necessary to reinforce somewhere in the transmission path from the engine compartment to the roof panel or to attach damping materials as countermeasures, and it becomes easy to take appropriate countermeasures. . In addition, since the transmission path and transmission mechanism have been clarified, for example, the location of countermeasures and the contents of countermeasures such as reinforcement of the joint part in the engine compartment, change of the shape of the front pillar, and thickening of the roof panel. Since the degree of freedom increases, there is also an advantage that it is only necessary to take measures that are the easiest to cope with (design change).

以上述べた本実施形態の構成によれば、解析対象とする構造物のモデルを複数の要素から構成し、個々の要素について変位と内力から伝達ベクトルを求めているので、計算(コンピュータ・シミュレーション)により、複雑な構造物(特に三次元構造物)の内部における振動エネルギの伝達経路を精度良く推定することができる。そして、このようにして求めた伝達ベクトルをモデルとともに表示することで、振動エネルギが伝達する様子を可視化でき、振動の発生要因の特定や対策の立案を支援することができる。   According to the configuration of the present embodiment described above, the model of the structure to be analyzed is composed of a plurality of elements, and the transfer vector is obtained from the displacement and internal force for each element, so calculation (computer simulation) Thus, it is possible to accurately estimate the vibration energy transmission path inside a complex structure (particularly a three-dimensional structure). By displaying the transmission vector thus obtained together with the model, it is possible to visualize how vibration energy is transmitted, and it is possible to support the identification of the cause of vibration and the planning of countermeasures.

なお、上記実施形態は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。   The above embodiment is merely an example of the present invention. The scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea.

例えば、上記実施形態では、要素に作用する内力として、軸力、せん断力、横せん断力、曲げモーメント、ねじりモーメントを考慮したが、これらのうちの特定の内力が支配的だということが分かっていれば、その特定の内力だけを伝達ベクトルの算出に用いることとしてもよい。また、上記実施形態では、各要素の変位、内力といった情報を有限要素解析結果から取得したが、他の構造解析結果から取得してもよいし、可能であれば実験による計測値を利用してもよい。   For example, in the above embodiment, axial force, shearing force, lateral shearing force, bending moment, and torsional moment are considered as the internal force acting on the element, but it is known that a specific internal force is dominant. In this case, only the specific internal force may be used for calculating the transmission vector. In the above embodiment, information such as the displacement and internal force of each element is acquired from the finite element analysis result. However, it may be acquired from other structural analysis results, and if possible, use experimentally measured values. Also good.

図1は、板要素とそこに作用する内力を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining plate elements and internal forces acting thereon. 図2は、軸力Fxが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the transmission direction of vibration energy when the axial force Fx is applied. 図3は、横せん断力Fxyが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the transmission direction of vibration energy when the transverse shear force Fxy is applied. 図4は、せん断力Vxが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing the transmission direction of vibration energy when the shearing force Vx is applied. 図5は、曲げモーメントMyが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing the transmission direction of vibration energy when the bending moment My is applied. 図6は、ねじりモーメントMxyが作用した場合の振動エネルギの伝達方向を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing the transmission direction of vibration energy when the torsional moment Mxy is applied. 図7は、振動解析システムの機能構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a functional configuration of the vibration analysis system. 図8は、振動解析システムの処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing of the vibration analysis system. 図9は、片持ち梁モデルにおける伝達ベクトル算出結果の表示例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a display example of a transfer vector calculation result in the cantilever model. 図10は、車体モデルにおける伝達ベクトル算出結果の表示例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a display example of a transmission vector calculation result in the vehicle body model.

符号の説明Explanation of symbols

1 伝達ベクトル算出部
2 特性値データベース
3 出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transfer vector calculation part 2 Characteristic value database 3 Output part

Claims (9)

モデルを構成する複数の要素のそれぞれについて、要素内を伝わる振動エネルギを表す伝達ベクトルを算出する伝達ベクトル算出手段と、
各要素について算出された伝達ベクトルを前記モデルとともに表示する出力手段と、を備え、
前記伝達ベクトル算出手段は、各要素の変位と各要素に作用する内力とから前記伝達ベクトルを算出することを特徴とする振動解析システム。
For each of a plurality of elements constituting the model, a transfer vector calculating means for calculating a transfer vector representing vibration energy transmitted in the element;
Output means for displaying the transmission vector calculated for each element together with the model, and
The transmission vector calculating means calculates the transmission vector from the displacement of each element and the internal force acting on each element.
前記伝達ベクトル算出手段は、要素上の2つの質点について、質点の変位と質点に作用する内力とから各質点における仕事率を算出し、2つの質点における仕事率の差を、前記伝達ベクトルの前記2つの質点を結ぶ方向の成分とすることを特徴とする請求項1に記載の振動解析システム。   The transmission vector calculation means calculates the power of each mass point from the displacement of the mass point and the internal force acting on the mass point for the two mass points on the element, and calculates the difference in power between the two mass points of the transmission vector. The vibration analysis system according to claim 1, wherein the vibration analysis system is a component in a direction connecting two mass points. 前記内力は、軸力、せん断力、横せん断力、曲げモーメント及びねじりモーメントのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動解析システム。   The vibration analysis system according to claim 1, wherein the internal force includes at least one of an axial force, a shearing force, a transverse shearing force, a bending moment, and a torsional moment. 前記伝達ベクトル算出手段は、有限要素法の算出結果から、各要素の変位と各要素に作用する内力とを得ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の振動解析システム。   The vibration analysis system according to any one of claims 1 to 3, wherein the transfer vector calculation means obtains displacement of each element and internal force acting on each element from a calculation result of a finite element method. 前記モデルは車体のモデルであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の振動解析システム。   The vibration analysis system according to claim 1, wherein the model is a model of a vehicle body. 前記出力手段は、前記伝達ベクトルをその大きさに応じて疑似色表示することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の振動解析システム。   The vibration analysis system according to claim 1, wherein the output unit displays the transmission vector in a pseudo color according to the size of the transmission vector. コンピュータが、
モデルを構成する複数の要素のそれぞれについて、要素内を伝わる振動エネルギを表す伝達ベクトルを算出する処理と、
各要素について算出された伝達ベクトルを前記モデルとともに表示する処理と、を実行する振動解析方法において、
前記コンピュータが、前記伝達ベクトルを算出する処理において、各要素の変位と各要素に作用する内力とから前記伝達ベクトルを算出することを特徴とする振動解析方法。
Computer
For each of a plurality of elements constituting the model, a process for calculating a transfer vector representing vibration energy transmitted in the element;
In a vibration analysis method for executing a process of displaying a transmission vector calculated for each element together with the model,
A vibration analysis method, wherein the computer calculates the transmission vector from a displacement of each element and an internal force acting on each element in the process of calculating the transmission vector.
コンピュータを、
モデルを構成する複数の要素のそれぞれについて、要素内を伝わる振動エネルギを表す伝達ベクトルを算出する伝達ベクトル算出手段と、
各要素について算出された伝達ベクトルを前記モデルとともに表示する出力手段と、して機能させる振動解析プログラムであって、
前記伝達ベクトル算出手段は、各要素の変位と各要素に作用する内力とから前記伝達ベクトルを算出することを特徴とする振動解析プログラム。
Computer
For each of a plurality of elements constituting the model, a transfer vector calculating means for calculating a transfer vector representing vibration energy transmitted in the element;
A vibration analysis program that functions as an output unit that displays a transmission vector calculated for each element together with the model,
The transmission vector calculation means calculates the transmission vector from the displacement of each element and the internal force acting on each element.
請求項8に記載の振動解析プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium storing the vibration analysis program according to claim 8.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008059274A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Toyota Motor Corp Vibration analysis system
JP2016076154A (en) * 2014-10-08 2016-05-12 トヨタ自動車株式会社 Analyzer
CN111428395A (en) * 2020-02-28 2020-07-17 江西省绿野汽车照明有限公司 Method, device and equipment for analyzing vibration intensity of headlamp assembly and storage medium

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008059274A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Toyota Motor Corp Vibration analysis system
JP2016076154A (en) * 2014-10-08 2016-05-12 トヨタ自動車株式会社 Analyzer
CN111428395A (en) * 2020-02-28 2020-07-17 江西省绿野汽车照明有限公司 Method, device and equipment for analyzing vibration intensity of headlamp assembly and storage medium
CN111428395B (en) * 2020-02-28 2023-06-20 江西省绿野汽车照明有限公司 Method, device, equipment and storage medium for analyzing vibration intensity of headlamp assembly

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