JP2007309785A - 固有振動モード抽出方法、固有振動モード抽出装置、および固有振動モード抽出用プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ある構造物にある入力を加えたときの出力データについて固有値解析して前記構造物の固有モードおよび前記固有モードのモード振幅コヒーレンス(Mode Amplitude Coherence、以下「MAC」という。)を求める工程と、前記固有モードのMACに基づいて前記固有モードを前記構造物の振動特性に起因するものとノイズに起因するものとに分別し、前記出力に対応する固有モードを固有振動モードとする工程とを有する固有振動モード抽出方法、固有振動モード抽出装置、および固有振動モード抽出用プログラム。
【選択図】図1
Description
(1)入力から出力への伝達関数(入力がホワイトノイズと看做せる場合には、出力のスペクトル)からピークとなる振動数を特定する方法(ピークピッキング法)、
(2)入力と出力との関係を分析し、カーブフィッティングやモーダル解析などの手法を用いてモードを特定する方法。
Jar-Nan Juang and Richard S. Pappa, An Eigensystem Realization Algorithm for Modal Parameter Identification and Model Reduction, J. Guidance, U.S.A., Vol8, No.5, September-October, 1985 Shirley J. Dyke, Jean M. Caicedo, and Erik A. Johnson, Monitoring of a Benchmark Structure for Damage Identification, 前記ERA法においては、ある構造物について出力データからr行s列のハンケル行列Hを構成し、これを特異値分解してシステム行列A、B、C、Dを求める。ここでシステム行列A、B、C、Dは、以下の式 x(k+1)=Ax(k)+Bu(k) y(k)=Cx(k)+Du(k)で与えられる。なお、x、u、yは、夫々状態ベクトル、入力ベクトル、出力ベクトルを示す。
MACは、0以上1以下の実数であり、MACが1に近いほど、前記MACに対応する固有モードは前記構造物の実際の固有振動モードに近く、MACが0に近いほど、前記MACに対応する固有モードはノイズに由来するものと看做すことができる。前記固有振動モード抽出方法においては、前記の考え方に基づき、MACが1に近い固有モードについては前記構造物の実際の固有振動モードと看做し、MACが0に近い固有モードについてはノイズに起因するものと看做して排除する。
x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)・・・(1)
y(k)=Cx(k)+Du(k) ・・・(2)
で与えられる。なお、x、u、yは、夫々状態ベクトル、入力ベクトル、出力ベクトルを示す。
Y(k)=CAk−1B ・・・(3)
を用いて、以下の式(4)で与えられるr行s列のハンケル行列Hrs(k−1)
Hrs(0)=PDQT=[PD][QT]=PdQT ・・・(11)
と変形できる。
式(12)の両辺に左からPd Tを掛けて行列QTについて解くと、行列QTは、
QT=(Pd TPd)−1Pd TVrWs=TWs ・・・(13)
と表される。
Ws[Q(Pd TPd)−1Pd T]Vr=In ・・・(14)
したがって、行列H#は、
H#=[Q][(Pd TPd)−1Pd T]=[Q][D−1PT]=QP# d・・・(15)
となる。
Y(k+1)=Ep THrs(k)Em=Ep TVrAkWsEm
=Ep TPD1/2[D−1/2PTHrs(1)QD−1/2]kD1/2QTEm ・・・(16)
と表される。ここで、Ep T=[Ip,0p,・・・0p]、Em T=[Im,0m,・・・0m](但し、Iは単位行列であり、0は零行列である。)である。
X(k+1)=[D−1/2PTHrs(1)QD−1/2]x(k)+D1/2QTEm u(k)
・・・(17)
y(k)=Ep TPD1/2x(k) ・・・(18)
と書き直すことができる。
φ−1[D−1/2PTHrs(k)QD−1/2]φ=z ・・・(20)
を満たす固有値zおよび固有ベクトルφを求める。
[z,φ−1D1/2QTEm,Ep TPD1/2φ]
が求められる。zから固有振動数が求められ、行列φ−1D1/2QTEmは初期モード振幅と、行列Ep TPD1/2φはモード形状と称される。なお、固有値zは、
行列φ−1D1/2QTEm=[b1,b2,b3.・・・bn]・・・(22)
とすると、ベクトルbj(j=1〜nの何れかの整数である。)は、構造物の系の固有値sjに対応するから、ベクトルqjを
qj=[bj,exp(tjΔτsjbj),・・・,exp(ts−1Δτsj)]
・・・(23)
と定義すると、
行列φ−1D1/2QT=[q1,q2,q3,・・・qn] ・・・(24)
となる。
ある4層の建物の夫々の層にランダム波を入力したときの出力に基づいてERA法によって固有モードおよびMACを求め、前記前記固有モードと前記MACとに基づいて前記建物の固有振動モードとして固有振動数およびモード形状を求め、前記建物の各層の質量、減衰定数、および剛性からモード解析によって求めた固有振動モードと比較した。
(50,100)、(50,125)、(50,150)、(50,200)、
(75,100)、(75,150)、(75,200)、(75,300)、
(100,150)、(100,200)、(100,250)、(100,300)、
(150,200)、(150,300)、(150,375)、(150,450)、
(200,300)、(200,400)、(200,500)、(200,600)、
(250,400)、(250,500)、(250,600)、(250,750)、
(300,450)、(300,600)、(300,750)
の27通り設定し、夫々の組合せにつき、請求項2のところで述べた手順に従って前記シミュレーションで求められた出力波形に基づいてハンケル行列Hrsを作成した。作成したハンケル行列Hrsの夫々について10、12、14、16、18の5通りの次数nで特異値分解してモード形状を求めるとともに、固有振動数、およびMACを求めた。但し、r<sであり、n<sと設定した。
Claims (10)
- ある構造物にある入力を加えたときの出力データについて固有値解析して前記構造物の固有モードおよび前記固有モードのモード振幅コヒーレンスを求める工程と、
前記固有モードのモード振幅コヒーレンスに基づいて前記固有モードを前記構造物の振動特性に起因するものとノイズに起因するものとに分別し、前記構造物の振動特性に起因する固有モードを固有振動モードとする工程と
を有することを特徴とする固有振動モード抽出方法。 - 前記固有モードおよびモード振幅コヒーレンスを求める工程は、
ある構造物について求めるべき固有振動モードの次数kに応じて3個の自然数からなる複数の組(r,s,n)を定める工程と、
前記出力データに基づいて前記組(r,s,n)の夫々についてr行s列のハンケル行列を作成する工程と、
作成したr行s列のハンケル行列についてk次の特異値分解を行って固有モードおよび前記固有モードのモード振幅コヒーレンスを求める工程と
を有する請求項1に記載の固有振動モード抽出方法。 - 前記固有モードのモード振幅コヒーレンスに基づいて前記固有モードを入力に対応する出力とノイズに起因するものとに分別し、前記出力に対応する固有モードを固有振動モードとする工程においては、
前記固有モードおよびモード振幅コヒーレンスを求める工程において求められた固有モードを近接する値ごとに群に分け、
夫々の群において前記固有モードに対応するモード振幅コヒーレンスで重み付け平均して固有振動モードを求める
請求項2に記載の固有振動モード抽出方法。 - 前記固有モードのモード振幅コヒーレンスに基づいて前記固有モードを入力に対応する出力とノイズに起因するものとに分別し、前記出力に対応する固有モードを固有振動モードとする工程においては、
前記固有モードおよびモード振幅コヒーレンスを求める工程において求められた固有モードを近接する値ごとに群に分け、
夫々の群において前記特異値分解によって算定されたモード振幅コヒーレンスが所定値以上の固有モードのみを単純平均して固有値モードとする
請求項2に記載の固有振動モード抽出方法。 - ある構造物にある入力を加えたときの出力データについて固有値解析して前記構造物の固有モードおよび前記固有モードのモード振幅コヒーレンスを求める固有モード算出手段と、
前記固有モード算出手段で算出したモード振幅コヒーレンスに基づいて前記固有モードを前記構造物の振動特性に起因するものとノイズに起因するものとに分別し、前者の固有モードを固有振動モードとする固有モード分別手段と
を有することを特徴とする固有振動モード抽出装置。 - 前記固有モード算定手段は、
ある構造物について求めるべき固有振動モードの次数kに応じて任意に定められた3個の自然数からなる複数の組(r,s,n)を入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力された組(r,s,n)に対応するr行s列のハンケル行列を作成する第1演算手段と、
前記第1演算手段で作成したr行s列のハンケル行列についてk次の特異値分解を行って固有モードおよび前記固有モードのモード振幅コヒーレンスを算定する第2演算手段と
を有する請求項5に記載の固有振動モード抽出装置。 - 前記固有モード分別手段は、
前記固有モード算定手段の備える第2演算手段で算出された固有モードを近接する値ごとに群に分け、
夫々の群において前記固有モードに対応するモード振幅コヒーレンスで重み付け平均して固有振動モードを求める
請求項6に記載の固有振動モード抽出装置。 - 前記固有モード分別手段は、
前記固有モード算定手段の備える前記第2演算手段で算出された固有モードを近接する値ごとに群に分け、
夫々の群において前記固有モードに対応するモード振幅コヒーレンスが所定値以上の固有モードのみを単純平均して固有振動モードとする
請求項6に記載の固有振動モード抽出装置。 - ある構造物にある入力を加えたときの出力データについて固有値解析して前記構造物の固有モードおよび前記固有モードのモード振幅コヒーレンスを求めるステップと、
前記固有モードのモード振幅コヒーレンスに基づいて前記固有モードを前記構造物の振動特性に基づくものと入力に対応する出力とノイズに起因するものとに分別し、前者の固有モードを固有振動モードとするステップと
をコンピュータに実行させるための固有振動モード抽出用プログラム。 - 前記構造物の固有モードおよび前記固有モードのモード振幅コヒーレンスを求めるステップにおいては、
ある構造物について求めるべき固有振動モードの次数kに応じて3個の自然数からなる複数の組(r,s,n)を定めるステップと、
前記出力データに基づいて前記組(r,s,n)の夫々についてr行s列のハンケル行列を作成するステップと、
作成したr行s列のハンケル行列についてk次の特異値分解を行って固有モードおよび前記固有モードのモード振幅コヒーレンスを求めるステップと
をコンピュータに実行させる請求項9に記載の固有振動モード抽出用プログラム。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101740896B1 (ko) * | 2016-04-14 | 2017-05-29 | 한국기계연구원 | 해상 풍력발전기 구조물의 건전성 모니터링 시스템 및 방법 |
US20210010897A1 (en) * | 2018-03-23 | 2021-01-14 | Nec Corporation | Abnormality diagnosis apparatus, abnormality diagnosis method, and computer readable recording medium |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0258432A (ja) * | 1988-08-24 | 1990-02-27 | Ricoh Co Ltd | ビット・シリアル型乗算器を用いた誤り位置多項式導出回路 |
JPH02226022A (ja) * | 1989-02-27 | 1990-09-07 | Toshiba Corp | 騒音の能動制御に用いられる伝達関数の測定方法 |
JPH04258727A (ja) * | 1990-09-19 | 1992-09-14 | Rem Technol Inc | 静止中軸系の亀裂検知方法 |
JPH11148858A (ja) * | 1997-11-14 | 1999-06-02 | Ricoh Co Ltd | 周波数解析システムおよび記録媒体 |
JPH11281522A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-15 | Akio Nagamatsu | 振動特性解析方法及び装置 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0258432A (ja) * | 1988-08-24 | 1990-02-27 | Ricoh Co Ltd | ビット・シリアル型乗算器を用いた誤り位置多項式導出回路 |
JPH02226022A (ja) * | 1989-02-27 | 1990-09-07 | Toshiba Corp | 騒音の能動制御に用いられる伝達関数の測定方法 |
JPH04258727A (ja) * | 1990-09-19 | 1992-09-14 | Rem Technol Inc | 静止中軸系の亀裂検知方法 |
JPH11148858A (ja) * | 1997-11-14 | 1999-06-02 | Ricoh Co Ltd | 周波数解析システムおよび記録媒体 |
JPH11281522A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-10-15 | Akio Nagamatsu | 振動特性解析方法及び装置 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6333441B1 (ja) * | 2017-05-03 | 2018-05-30 | 上銀科技股▲フン▼有限公司 | リニアガイドウェイの予圧変化を計測する方法 |
JP2018194303A (ja) * | 2017-05-03 | 2018-12-06 | 上銀科技股▲フン▼有限公司 | リニアガイドウェイの予圧変化を計測する方法 |
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