JP2008145277A - Device and method for random vibration prediction of panel by dynamic mass technique - Google Patents

Device and method for random vibration prediction of panel by dynamic mass technique Download PDF

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vibration
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Narimasa Ando
成将 安藤
Kinchu Se
勤忠 施
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Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform vibration prediction with prediction errors smaller than those in conventional two techniques of NASA technique and impedance technique, about random vibration of each device mounted on a panel without changing the prediction technique. <P>SOLUTION: The method of predicting the random vibration of an excited panel predicts the vibration on the assumption that the mass of the mounted device is uniformly distributed over a flat plate using the NASA technique about the panel on which devices other than the object device are mounted. An object device effect coefficient exhibiting attenuation effect of vibration due to the object device is then calculated on the assumption that the object device is an elastomer. The response of the panel on which the object device is mounted is calculated by multiplying the object device effect coefficient acquired on the assumption that the object device is the elastomer by the vibration prediction results of the panel on which the devices other than the object device are mounted. The vibration of the panel is precisely predicted without changing the prediction technique. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、人工衛星の設計解析の分野で、人工衛星を構成するパネルに音響負荷を与えた時のランダム振動を予測する装置及び方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for predicting random vibration when an acoustic load is applied to a panel constituting an artificial satellite in the field of artificial satellite design analysis.

宇宙機の各搭載機器は、ロケット打上げ時の130デシベル以上の音響加振により、過酷な高周波ランダム振動環境に晒される。このため各搭載機器のランダム振動レベルをフライト環境条件として、搭載機器の設計を行う必要がある。これらのランダム振動条件は、2kHz以下の高周波応答であるため、通常は統計的エネルギー解析(Statistical Energy Analysis, SEA)により予測が行われる(非特許文献1)。
従来は、搭載機器の質量は平板全体に一様に分布していると仮定したNASAの手法(非特許文献2)、搭載機器は質点として衛星構体パネルに作用すると仮定したインピーダンス手法(非特許文献3)等を使用して、統計的エネルギー解析により搭載機器を有する衛星構体パネルの振動予測が行なわれてきた。
Each spacecraft equipment is exposed to a severe high-frequency random vibration environment due to acoustic excitation of 130 dB or more when the rocket is launched. For this reason, it is necessary to design the on-board equipment using the random vibration level of each on-board equipment as a flight environment condition. Since these random vibration conditions are high-frequency responses of 2 kHz or less, prediction is usually performed by statistical energy analysis (SEA) (Non-patent Document 1).
Conventionally, the NASA method (Non-patent Document 2) assumes that the mass of the on-board equipment is uniformly distributed throughout the flat plate, and the impedance technique (Non-Patent Document 2) assumes that the on-board equipment acts on the satellite structure panel as a mass 3) etc., the vibration prediction of the satellite structure panel having the onboard equipment has been performed by statistical energy analysis.

ここで、統計的エネルギー解析による機器を搭載するパネルの振動予測手法について説明する。
拡散音場により両面から加振される機器を搭載しない平板の応答は、拡散音場と平板構造の2要素SEAモデルにより、片側の音響放射効率を2倍にして次式で予測することが出来る。
(A1)
ここに、
<a2> :平板の二乗加速度の時間・空間二乗平均
<p2> :二乗拡散音圧の時間・空間二乗平均
ρ0 :空気密度
0 :空気音速
S :平板の面積
2 :平板のモード密度
η2 :平板の損失係数
σrad :平板の放射効率
M :平板の質量
である。
Here, a method for predicting vibration of a panel on which a device is mounted by statistical energy analysis will be described.
The response of a flat plate not equipped with a device that is vibrated from both sides by a diffuse sound field can be predicted by the following equation by doubling the acoustic radiation efficiency on one side using a two-element SEA model of a diffuse sound field and a flat plate structure. .
(A1)
here,
<a 2>: time and space root mean squared acceleration of the plate
<p 2 >: Time-space mean square of square diffuse sound pressure ρ 0 : Air density c 0 : Air sound speed S: Plate area n 2 : Plate mode density η 2 : Plate loss coefficient σ rad : Plate radiation Efficiency M: The mass of the flat plate.

(i) NASA Glenn Research Centerの手法(非特許文献2)
NASAの手法は、NASA Glenn Research Centerで開発された手法であり、搭載機器の有無に関わらず平板のモード密度とクリティカル周波数が不変であるとし、機器質量は平板に一様に塗付けられていると仮定する。機器を搭載した状態で、両面音響加振するときの加速度は、
(A2)
となる。ここに、Mはパネル質量、Mcは搭載機器質量、<a2>Lは機器が有る場合の加速度である。モード密度n2と放射効率σradについては機器を搭載しないときの面密度から計算する。
(i) NASA Glenn Research Center method (Non-Patent Document 2)
The NASA method was developed at the NASA Glenn Research Center, assuming that the modal density and critical frequency of the flat plate are unchanged regardless of the presence or absence of the mounted device, and the device mass is uniformly applied to the flat plate. Assume that Acceleration when performing double-sided acoustic excitation with the device mounted is
(A2)
It becomes. Here, M is the panel mass, M c is mounted equipment mass, the <a 2> L is the acceleration when the equipment there. The mode density n 2 and the radiation efficiency σ rad are calculated from the surface density when no equipment is mounted.

(ii) インピーダンス手法(非特許文献3)
インピーダンス手法は部分構造合成法を用いた手法である。図10に示すように、外力Fdを受ける構造pに搭載機器mがインターフェースiを介して結合されているものとする。このとき、インターフェースにおける力をFiとする。pとmが非拘束の条件で結合していない場合のiにおける機械インピーダンスをZii p、Zii mとする。また外力印加点dとiの伝達インピーダンスをZid pとすれば、iにおけるpとmの速度は、重ね合わせの原理より次式となる。
(A3)
(A4)
(ii) Impedance method (Non-patent Document 3)
The impedance method is a method using a partial structure synthesis method. As shown in FIG. 10, it is assumed that the mounted device m is coupled to the structure p that receives the external force F d via the interface i. At this time, the force at the interface is F i . Let Z ii p and Z ii m denote the mechanical impedance at i when p and m are not coupled under unconstrained conditions. If the transmission impedance of the external force application points d and i is Z id p , the speeds of p and m at i are given by the following equation from the principle of superposition.
(A3)
(A4)

インターフェース点ではpとmの速度が同一であるため、(A3)式と(A4)式を等値すれば、(A5)式が得られる。
(A5)
Since the speeds of p and m are the same at the interface point, equation (A5) can be obtained by equalizing equations (A3) and (A4).
(A5)

次に機器mが無い場合のpのiにおける速度をXi0 pとすると、Xi0 pは次式で書ける。
(A6)
(A6)式を(A5)式に代入し得られるFiを(A3)式に代入すれば、
(A7)
となる。(A7)式は、pとmが結合した場合の速度と未結合時の速度を関係付ける式である。
Next, let X i0 p be the speed of p in i when there is no device m, and X i0 p can be written by the following equation.
(A6)
Substituting F i obtained by substituting equation (A6) into equation (A5) into equation (A3),
(A7)
It becomes. Expression (A7) is an expression that correlates the speed when p and m are combined with the speed when they are not combined.

構造pが曲率の無い平板パネルで、振動が十分に拡散している高周波を考える場合、(A7)式中のインピーダンスは無限板インピーダンスに一致する。即ち、
(A8)
である。ここでmΛはパネルの面密度、Dは曲げ剛性、Mは質量、nはモード密度である。
When the structure p is a flat panel with no curvature and a high frequency where vibration is sufficiently diffused is considered, the impedance in the equation (A7) matches the infinite plate impedance. That is,
(A8)
It is. Here, m Λ is the panel surface density, D is the bending rigidity, M is the mass, and n is the mode density.

次に、搭載機器mを剛体と仮定すれば、そのインピーダンスは(A9)式である。
(A9)
Next, assuming that the mounted device m is a rigid body, its impedance is expressed by equation (A9).
(A9)

以上により、搭載機器を結合した場合の加速度<a2>Lを未結合状態の加速度<a2>0から(A10)式で求めることが出来る。
(A10)
Thus, it is possible to determine the acceleration <a 2> L when combined mounting device from the acceleration <a 2> 0 unbound state (A10) by the formula.
(A10)

NASAの手法は、質量が大きく応答の小さい機器に対しては予測値が20dB以上の過剰になる場合がある。また、インピーダンス手法は、個別の機器に対する予測が可能であるが、搭載機器は剛体質量を持つ質点であると仮定しているため、高周波数では予測結果が過小になる傾向がある。そのため、従来は、周波数と機器特性により、これらの2つの手法を使い分ける必要があった。
しかし、2つの予測手法の選択基準が無いため、経験的に2つの手法から一方の手法を選択してきた。
NASA's method may result in an excess of 20 dB or more for devices with large mass and low response. Moreover, although the impedance method can be predicted for individual devices, since the on-board device is assumed to be a mass having a rigid mass, the prediction result tends to be too low at high frequencies. Therefore, conventionally, it was necessary to use these two methods properly depending on the frequency and device characteristics.
However, since there is no selection criterion for the two prediction methods, one method has been selected empirically from the two methods.

Lyon, R.H. and De Jong, R.G., Theory and Application of Statistical Energy Analysis (1995), Butterworth-Heinemann, New YorkLyon, R.H. and De Jong, R.G., Theory and Application of Statistical Energy Analysis (1995), Butterworth-Heinemann, New York McNelis, Mark E., A modified VAPEPS Method for Predicting Vibroacoustic Response of Unreinforced Mass Loaded Honeycomb Panels, NASA-TM-101467 (1989), p3McNelis, Mark E., A modified VAPEPS Method for Predicting Vibroacoustic Response of Unreinforced Mass Loaded Honeycomb Panels, NASA-TM-101467 (1989), p3 Ando, S., Shi, Q., the Prediction of Random Acoustic Vibration of Equipment Mounted on Honeycomb Panel, 5th ESA Aerospace Environmental Testing Symposium, Belgium (2005-6)Ando, S., Shi, Q., the Prediction of Random Acoustic Vibration of Equipment Mounted on Honeycomb Panel, 5th ESA Aerospace Environmental Testing Symposium, Belgium (2005-6)

本発明は、パネルに搭載した各々の機器のランダム振動について、予測誤差の小さい振動予測を行うことを目的とする。
また、予測手法を切り換えることなく、従来のNASAの手法、インピーダンス手法の2つの手法に比べて予測誤差の小さいランダム振動予測を行うことを目的とする。
An object of the present invention is to perform vibration prediction with a small prediction error for random vibration of each device mounted on a panel.
Another object of the present invention is to perform random vibration prediction with a smaller prediction error than the conventional NASA method and impedance method without switching the prediction method.

本発明では、対象とする搭載機器の動質量特性に注目する動質量手法を使用する。
本発明の手法は、インピーダンス手法とNASAの手法を融合したものである。即ち、解析対象以外の搭載機器をNASAの手法により、構体パネルに一様に分布していると仮定する。そして、解析する対象機器の質量を動質量で表し、対象機器を搭載したときのパネルの振動の変化をインピーダンス手法により与える。
インピーダンス手法では、搭載前後の応答の関係を示す式(A7)に、力(F)と速度(V)の関係を表す機械抵抗(F/V)を代入した。本発明では、力(F)と加速度(A)の関係を表す「動質量(Apparent mass),動慣性(F/A)」を代入する。
In the present invention, a dynamic mass technique that focuses on the dynamic mass characteristics of the target on-board equipment is used.
The technique of the present invention is a combination of the impedance technique and the NASA technique. That is, it is assumed that the mounted devices other than the analysis target are uniformly distributed on the structure panel by the NASA method. Then, the mass of the target device to be analyzed is represented by dynamic mass, and a change in the vibration of the panel when the target device is mounted is given by an impedance method.
In the impedance method, mechanical resistance (F / V) representing the relationship between force (F) and velocity (V) was substituted into equation (A7) indicating the response relationship before and after mounting. In the present invention, “Apparent mass, dynamic inertia (F / A)” representing the relationship between force (F) and acceleration (A) is substituted.

弾性体の動質量M ̄は、次式で書くことができる。
(1)
ここに、Mは弾性体の静質量であり、mek、ζkはそれぞれ、弾性体を結合点(有効質量定義点)で固定した境界条件におけるk次モードの有効質量と減衰係数比である。ωkをk次モードの固有振動数、ωを角周波数とする。rkは、rk=ω/ωkであり、これは正規化された周波数である。
The dynamic mass M ̄ of the elastic body can be written by the following equation.
(1)
Here, M is the static mass of the elastic body, and m ek and ζ k are the effective mass and damping coefficient ratio of the k-th mode in the boundary condition where the elastic body is fixed at the coupling point (effective mass definition point), respectively. . Let ω k be the natural frequency of the k-th mode and ω be the angular frequency. r k is r k = ω / ω k , which is the normalized frequency.

次に、図1に弾性体と質点の動質量について図解して示す。質点の静質量を点線で示す。質点の静質量は、周波数によらず一定であり、周波数が0Hzの静質量と同じ値となる。弾性体の動質量を実線で示す。図中のA点は、一次固有振動数f0での動質量を表す。周波数f0では動質量が大きいため、式(A7)から分かるように、機器取付点の応答は機器の存在により大きく減衰する。また、図1中のB点は一次共振周波数であり、この周波数では動質量が小さくなるため、機器取付点での機器による応答の減衰効果は低い。このように、弾性体の動質量は、共振のない一次固有振動数f0以下の振動数では静質量と同じ値をとり、一次固有振動数f0以上の振動数では、動質量は、振動数が大きくなるに従ってピークと谷が交互に現れながら減少していく。 Next, FIG. 1 illustrates the dynamic mass of an elastic body and a mass point. The static mass of the mass point is indicated by a dotted line. The static mass of the mass point is constant regardless of the frequency, and is the same value as the static mass with a frequency of 0 Hz. The dynamic mass of the elastic body is indicated by a solid line. Point A in the figure represents the dynamic mass at the primary natural frequency f 0 . Since the dynamic mass is large at the frequency f 0 , as can be seen from the equation (A7), the response at the device attachment point is greatly attenuated by the presence of the device. Further, point B in FIG. 1 is a primary resonance frequency, and the dynamic mass becomes small at this frequency, so that the response attenuation effect by the device at the device attachment point is low. As described above, the dynamic mass of the elastic body takes the same value as the static mass at the frequency of the primary natural frequency f 0 or less without resonance, and at the frequency of the primary natural frequency f 0 or more, the dynamic mass is the vibration. As the number increases, peaks and valleys appear alternately and decrease.

統計的エネルギー解析(SEA)による予測法を考える場合、周波数によって変動する動質量の周波数平均を求めることが必要となる。この周波数平均については、後述するように、モンテカルロシミュレーションにより、式(1)の周波数平均の近似解として次式が得られている。
(2-1)
ここに、f0は弾性体(前記対象機器)の一次固有振動数、fは周波数である。
When considering a prediction method based on statistical energy analysis (SEA), it is necessary to obtain a frequency average of dynamic mass that varies with frequency. As for the frequency average, as will be described later, the following expression is obtained as an approximate solution of the frequency average of Expression (1) by Monte Carlo simulation.
(2-1)
Here, f 0 is the primary natural frequency of the elastic body (the target device), and f is the frequency.

次に、式(2-1)を搭載機器の周波数平均された動質量として用いる。前述したインピーダンス手法において、機器を搭載する構造pは、既に弾性が考慮されている。そのため、搭載機器に対してのみ周波数平均をとった動質量を用いる。即ち、式(A10)中において、搭載機器質量Mcを次式で置き換える。
(2-2)
Next, equation (2-1) is used as the frequency-averaged dynamic mass of the mounted device. In the impedance method described above, elasticity is already considered in the structure p on which the device is mounted. For this reason, the dynamic mass obtained by taking the frequency average only for the mounted equipment is used. That is, replaced in the formula (A10), the onboard equipment mass M c with the following equation.
(2-2)

さらに、インピーダンス手法では無視されていた解析対象の機器以外の質量をNASAの手法により、パネル全体に一様に分布しているとする。即ち、解析対象機器以外の機器が搭載されている状態での振動をNASAの手法により求め、解析対象の機器を搭載した場合の振動を対象機器の周波数平均をとった動質量を用いて解析する。   Furthermore, it is assumed that the mass other than the analysis target device, which was ignored in the impedance method, is uniformly distributed throughout the panel by the NASA method. In other words, the vibration when a device other than the analysis target device is mounted is obtained by the NASA method, and the vibration when the analysis target device is mounted is analyzed using the dynamic mass obtained by taking the frequency average of the target device. .

この場合、パネルと搭載機器を含めた総質量をMtot、解析対象の機器質量をMc、パネルのみの質量をMpとする。インピーダンス手法により加速度を求める式(A10)において、搭載機器の質量Mcとして式(2-2)を用いる。解析対象機器の応答<a2>Lは、



In this case, the total mass including the panel and the mounted device is M tot , the device mass to be analyzed is M c , and the mass of only the panel is M p . In the formula (A10) for determining the acceleration by the impedance technique, using equation (2-2) as the mass M c of the mounting device. Response <a 2> L of the analysis target device,



(3)
(4)
となる。
(3)
(Four)
It becomes.

式(3)で、質量を(Mtot‐Mc)としているのは、解析対象機器以外の機器の質量は、NASAの手法により、パネル全体に一様に分布していると仮定しているからである。
式(4)は、式(2-2)に従って、振動数がf<f0の場合と、f≧f0の場合とで場合分けして、動質量を用いて対象機器影響係数g(ω)を計算している。係数g(ω)は、対象機器を搭載したことによる機器取付点での振動低減(減衰)効果を示す項となるので、本明細書では対象機器影響係数と呼ぶ。
ここに、ω=2πf、ω0=2πf0である。
式(3)により、同一パネル上に取り付けられた質量と一次固有振動数が異なる複数の機器について、個別に振動応答を求めることが出来る。
In Equation (3), the mass is (M tot -M c ), assuming that the mass of devices other than the analysis target device is uniformly distributed throughout the panel using the NASA method. Because.
According to the equation (2-2), the equation (4) is divided into a case where the frequency is f <f 0 and a case where f ≧ f 0 , and the target device influence coefficient g (ω ). The coefficient g (ω) is a term indicating a vibration reduction (attenuation) effect at the device attachment point due to the mounting of the target device, and is referred to as a target device influence coefficient in this specification.
Here, ω = 2πf and ω 0 = 2πf 0 .
By equation (3), vibration responses can be obtained individually for a plurality of devices having different masses and primary natural frequencies mounted on the same panel.

本発明の1態様は、機器を搭載するパネルが加振されるときのランダム振動を予測する装置であって、
記憶装置と、演算装置と、入力装置と、出力装置とを備え、
前記記憶装置は、
計算式を記憶するプログラム記憶部と、
前記パネル、前記搭載機器のデータを記憶するデータ記憶部と、
前記計算式により計算した計算結果を記憶する計算結果記憶部とを含み、
前記演算装置は、
前記対象機器以外の機器を搭載した前記パネルの振動応答を、搭載機器の質量がパネル体に一様に分布しているとして計算するNASA手法計算部と、
前記対象機器を弾性体として取扱い、前記対象機器を搭載したことによる振動低減効果を示す対象機器影響係数を計算する対象機器影響係数計算部と、
前記NASA手法計算部が計算した前記対象機器以外の前記搭載機器を搭載した前記パネルの振動応答に、前記対象機器影響係数計算部が計算した前記対象機器影響係数を乗じて、前記対象機器の振動予測値を計算する予測値計算部と、を備え、
前記対象機器の振動を精度良く予測する振動予測装置である。
1 aspect of this invention is an apparatus which estimates the random vibration when the panel which mounts an apparatus is vibrated,
A storage device, an arithmetic device, an input device, and an output device;
The storage device
A program storage unit for storing the calculation formula;
A data storage unit for storing data of the panel and the mounted device;
A calculation result storage unit that stores a calculation result calculated by the calculation formula,
The arithmetic unit is:
NASA method calculation unit for calculating the vibration response of the panel mounted with a device other than the target device, assuming that the mass of the mounted device is uniformly distributed in the panel body,
A target device influence coefficient calculating unit that handles the target device as an elastic body and calculates a target device influence coefficient indicating a vibration reduction effect by mounting the target device;
The vibration of the target device is calculated by multiplying the vibration response of the panel mounted with the mounted device other than the target device calculated by the NASA method calculation unit by the target device influence coefficient calculated by the target device influence coefficient calculation unit. A predicted value calculation unit for calculating a predicted value,
It is a vibration prediction device that accurately predicts vibration of the target device.

前記対象機器影響係数計算部は、前記対象機器の動質量を用いて、振動予測値を計算することが好ましい。   It is preferable that the target device influence coefficient calculation unit calculates a predicted vibration value using the dynamic mass of the target device.

前記対象機器の振動数が前記対象機器の一次固有振動数より小さい範囲では、前記対象機器の動質量は静質量と同じ値とし、前記対象機器の振動数が前記搭載機器の一次固有振動数より大きい範囲では、前記対象機器の振動数が大きくなるに従って、前記対象機器の動質量は次第に小さくなるとして振動予測値を計算することができる。   In a range where the frequency of the target device is smaller than the primary natural frequency of the target device, the dynamic mass of the target device is the same value as the static mass, and the frequency of the target device is higher than the primary natural frequency of the mounted device. In a large range, the predicted vibration value can be calculated assuming that the dynamic mass of the target device gradually decreases as the frequency of the target device increases.

前記動質量を、
ここに、Mcは動質量、f0は弾性体(前記対象機器)の一次固有振動数、fは周波数、
として、前記対象機器の前記対象機器影響係数を計算することができる。
The dynamic mass,
Where M c is the dynamic mass, f 0 is the primary natural frequency of the elastic body (the target device), f is the frequency,
As described above, the target device influence coefficient of the target device can be calculated.

本発明の別の態様は、機器を搭載するパネルが加振されるときのランダム振動を予測する方法であって、
a) 対象機器以外の機器を搭載したパネルについて、搭載機器の質量がパネルに一様に分布しているとして振動を計算し、
b) 前記対象機器を弾性体として取扱い、前記対象機器を搭載したことによる振動低減効果を示す対象機器影響係数を計算し、
c) ステップa)において前記対象機器以外の機器を搭載したパネルの振動を計算した結果に、ステップb)で求めた前記対象機器影響係数を乗じて、前記対象機器の振動予測値を計算するステップと
を備えるパネルの振動を精度よく予測する振動予測方法である。
Another aspect of the present invention is a method for predicting random vibration when a panel on which a device is mounted is vibrated,
a) For a panel with equipment other than the target equipment, calculate the vibration assuming that the mass of the equipment is evenly distributed on the panel,
b) Treat the target device as an elastic body, calculate the target device influence coefficient indicating the vibration reduction effect by mounting the target device,
c) A step of calculating a predicted vibration value of the target device by multiplying the result of calculating the vibration of the panel on which the device other than the target device is mounted in step a) by the target device influence coefficient obtained in step b). This is a vibration prediction method for accurately predicting the vibration of a panel provided with.

従来は、パネルに取り付けた機器のランダム振動を予測する場合、周波数・機器特性等により予測手法の切り換えが必要であった。
本発明では、機器の動質量特性に注目した動質量手法を用いることにより、予測手法を切り換えずにランダム振動の予測を行うことができる。また、従来の2つの手法に比べて精度の高いランダム振動予測をすることができる。
そのため、設計の効率化、コストダウンに資することが出来る。
Conventionally, when predicting random vibration of a device attached to a panel, it has been necessary to switch the prediction method depending on the frequency and device characteristics.
In the present invention, random vibration can be predicted without switching the prediction method by using the dynamic mass method focusing on the dynamic mass characteristics of the device. In addition, it is possible to predict random vibration with higher accuracy than the two conventional methods.
Therefore, it is possible to contribute to design efficiency and cost reduction.

以下、本発明の実施の形態を説明する。
実機衛星9機(搭載機器の総数は385)について音響振動試験を行った。また、本発明の動質量手法、NASAの手法、インピーダンス手法により、振動予測を行い、振動試験結果と、振動予測結果とを比較した。
Embodiments of the present invention will be described below.
An acoustic vibration test was conducted on nine actual satellites (the total number of onboard equipment was 385). In addition, vibration prediction was performed by the dynamic mass method, NASA method, and impedance method of the present invention, and the vibration test result was compared with the vibration prediction result.

搭載機器の音響加振によるランダム振動の周波数設計規定は20Hz〜2kHzである。また、搭載機器の一次固有振動数f0は120Hz以上であることが、人工衛星機械設計基準に規定されている。本発明の予測手法では、全ての搭載機器のf0は100Hzとした。また、予測手法で用いるSEAは第二次固有振動数以上で適用できるので、振動予測は衛星構体パネルの第二次固有振動数以上で行った。
各実機衛星の各搭載機器に対し、本発明の予測手法、NASAの手法、インピーダンス手法により、各搭載機器の取付点での振動予測を行った。また、各搭載機器の振動実験を行い、各搭載機器の取付点での振動を測定した。各搭載機器について、振動予測結果と振動試験結果とを比較し、3つの予測手法の予測誤差を計算した。
The frequency design rule for random vibration by acoustic excitation of the on-board equipment is 20Hz to 2kHz. Further, it is stipulated in the satellite machine design standard that the primary natural frequency f 0 of the on-board equipment is 120 Hz or more. In the prediction method of the present invention, f 0 of all the mounted devices is 100 Hz. In addition, since SEA used in the prediction method can be applied at the secondary natural frequency or higher, the vibration prediction was performed at the secondary natural frequency or higher of the satellite structure panel.
Vibration prediction at the attachment point of each on-board equipment was performed for each on-board equipment on each actual satellite by the prediction method of the present invention, the NASA technique, and the impedance method. Moreover, the vibration experiment of each mounted apparatus was conducted and the vibration at the attachment point of each mounted apparatus was measured. For each installed device, the vibration prediction results and vibration test results were compared, and the prediction errors of the three prediction methods were calculated.

オクターブとは2倍を意味し、オクターブバンド(1/1オクターブバンド)とは、周波数帯域の高い方の周波数f2が低い方の周波数f1の2倍となる周波数範囲、即ち、f2/f1=2となる2つの周波数の範囲のことである。一方、1/3オクターブバンドは、f2/f1=21/3=1.25となる2つの周波数範囲である。これらの周波数帯域を、f2,f1の幾何平均である中心周波数f0=√(f12)という周波数で代表させて表す。 Octave means double, and octave band (1/1 octave band) means a frequency range in which the higher frequency f 2 in the frequency band is twice the lower frequency f 1 , that is, f 2 / It is a range of two frequencies where f 1 = 2. On the other hand, the 1/3 octave band is two frequency ranges in which f 2 / f 1 = 2 1/3 = 1.25. These frequency bands are represented by a center frequency f 0 = √ (f 1 f 2 ), which is a geometric mean of f 2 and f 1 .

1/3オクターブ中心周波数ωiにおける予測結果をLpi)(dB)、音響試験結果をLmi)(dB)としたとき、予測誤差e ̄(ωi)(dB)を次式のように定義する。
(5)
ここに、
Lpi)=10×log10(<a2>L/a0 2), a0=1.0m/s2
である。
When the prediction result at the 1/3 octave center frequency ω i is L pi ) (dB) and the acoustic test result is L mi ) (dB), the prediction error e  ̄ (ω i ) (dB) Is defined as:
(Five)
here,
L p (ω i) = 10 × log 10 (<a 2> L / a 0 2), a 0 = 1.0m / s 2
It is.

式(5)により各搭載機器について、各周波数で予測誤差を求め、100Hzから2000Hzまでの1/3オクターブバンド中心周波数で、予測誤差の平均を計算した結果を図2に示す。
図2から、搭載機器の主要帯域である160Hz〜1250Hzにおいて、本発明の動質量手法を用いた振動予測結果は、インピーダンス手法、NASAの手法を用いた予測結果より予測誤差が小さいことが分かる。1250Hz以上では、NASAの手法の方が本発明の動質量手法より予測誤差が小さいが、最大でも3dB程度の差である。また、インピーダンス手法は高周波帯域で予測誤差が大きくなる傾向があるが、本発明の動質量手法は、そのようなことはないことが分かる。
以上から、本発明の動質量手法は従来のインピーダンス手法、NASAの手法よりも予測誤差が小さく、重要な周波数帯域で、予測手法の使い分けを行う必要がないことが示された。
FIG. 2 shows the result of calculating the prediction error at each frequency and calculating the average prediction error at the center frequency of 1/3 octave band from 100 Hz to 2000 Hz for each on-board device using Equation (5).
From FIG. 2, it can be seen that the vibration prediction result using the dynamic mass method of the present invention has a smaller prediction error than the prediction result using the impedance method and NASA method in 160 Hz to 1250 Hz, which is the main band of the on-board equipment. Above 1250 Hz, the NASA method has a smaller prediction error than the dynamic mass method of the present invention, but the difference is about 3 dB at the maximum. Moreover, although the impedance method tends to have a large prediction error in the high frequency band, it can be seen that the dynamic mass method of the present invention does not have such a problem.
From the above, it was shown that the dynamic mass method of the present invention has a smaller prediction error than the conventional impedance method and the NASA method, and it is not necessary to selectively use the prediction method in an important frequency band.

ブロック図
図3は、本発明のパネルの振動予測手法を自動的に選択する装置のブロック図である。装置は、中央処理装置20と、演算装置21と、記憶装置28と、入力装置32と、出力装置33とを備える。
Block Diagram FIG . 3 is a block diagram of an apparatus for automatically selecting the panel vibration prediction method of the present invention. The apparatus includes a central processing unit 20, an arithmetic unit 21, a storage device 28, an input device 32, and an output device 33.

記憶装置28は、プログラム記憶部29と、データ記憶部30と、計算結果記憶部31とを有する。
記憶装置28のプログラム記憶部29は、式(A1)〜(A10)、式(1)〜(4)等の計算式を記憶する。データ記憶部30は、入力装置32から入力したパネルの寸法、質量、機器質量等のデータを記憶する。計算結果記憶部31は、演算装置22で式(A1)〜(A10)、式(1)〜(4)等の計算を行った振動予測結果等を記憶する。
The storage device 28 includes a program storage unit 29, a data storage unit 30, and a calculation result storage unit 31.
The program storage unit 29 of the storage device 28 stores calculation formulas such as formulas (A1) to (A10) and formulas (1) to (4). The data storage unit 30 stores data such as panel dimensions, mass, device mass, and the like input from the input device 32. The calculation result storage unit 31 stores vibration prediction results and the like that have been calculated by the arithmetic unit 22 using the expressions (A1) to (A10) and the expressions (1) to (4).

演算装置21は、NASA手法計算部22と、対象機器影響係数計算部23と、予測値計算部24とを有する。
NASA手法計算部22は、対象機器以外の機器を搭載した場合のパネルの振動応答を式(A2)を使用してNASAの手法により計算する。
対象機器影響係数計算部23は、中央処理装置20の指令により、プログラム記憶部29から(4)式を呼び出し、(4)式に従って、ωがω0より小さいか否かにより場合分けして、係数g(ω)を計算する。
予測値計算部24は、中央処理装置20の指令により、プログラム記憶部29から(3)式を呼び出し、対象機器影響係数計算部23で(4)式を使用して求めた対象機器影響係数g(ω)を(3)式に代入し、対象機器の振動の予測値を計算する。
The arithmetic device 21 includes a NASA technique calculation unit 22, a target device influence coefficient calculation unit 23, and a predicted value calculation unit 24.
The NASA method calculation unit 22 calculates the vibration response of the panel when a device other than the target device is mounted by the NASA method using the equation (A2).
The target device influence coefficient calculation unit 23 calls the equation (4) from the program storage unit 29 according to the command of the central processing unit 20, and according to the equation (4), classifies according to whether ω is smaller than ω 0 , Calculate the coefficient g (ω).
The predicted value calculation unit 24 calls the equation (3) from the program storage unit 29 according to the instruction of the central processing unit 20, and the target device influence coefficient g obtained by using the equation (4) in the target device influence coefficient calculation unit 23. Substituting (ω) into equation (3), the predicted value of vibration of the target device is calculated.

入力装置32は、キーボード等の公知の入力装置であり、パネルの面積と周長、全ての搭載機器の面積と周長を入力するのに使用される。
出力装置33は、ディスプレー等の公知の表示装置、プリンター等の印刷装置であり、パネルのランダム振動予測結果等を表示し、またはプリントアウトする。
The input device 32 is a known input device such as a keyboard, and is used to input the area and circumference of the panel and the area and circumference of all the mounted devices.
The output device 33 is a known display device such as a display, or a printing device such as a printer, and displays or prints out a panel random vibration prediction result.

フローチャート
図4は、本発明の動質量法によりパネルの振動予測する方法のフローチャートである。
この方法は、ステップS01で、入力装置32により、パネルの大きさ、質量、全ての搭載機器の総重量等計算に必要なデータを入力する。
ステップS02で、中央処理装置20が、搭載機器jの予測のスタートを指令する。
ステップS03で、入力装置32により、搭載機器jの質量Mcjと一次固有振動数ω0を入力する。
Flowchart 4 is a flow chart of a method of vibration predicted panel by dynamic weighing method of the present invention.
In this method, in step S01, the input device 32 inputs data necessary for calculation such as panel size, mass, and total weight of all mounted devices.
In step S02, the central processing unit 20 commands the start of prediction of the mounted device j.
In step S03, the input device 32, inputs the mass M cj primary natural frequency omega 0 of the mounting device j.

ステップS04で、パネルの総質量Mtotから対象とする搭載機器の質量Mcjを引き、質量Mtot‐Mcjをもつパネルの応答を式(A2)によりNASAの手法により計算する。
ステップS05で、中央処理装置20が、周波数ωiにおける振動予測のスタートを指令する。
ステップS06で、搭載機器jの一次固有振動数ω0がωiより大きいか否かを求める。ω0がωiと等しいかそれより小さい場合は、ステップS07に進み、式(4)によりωi>ω0の場合の対象機器振動g(ω)を計算する。
次に、ステップS08に進み、ステップS04で式(A2)により求めたNASAの手法による結果にg(ω)をかけて、式(3)により、周波数ωiでの振動予測値を求め、計算結果記憶部31に記憶する。
In step S04, the mass M cj of the target mounted device is subtracted from the total mass M tot of the panel, and the response of the panel having the mass M tot −M cj is calculated by the NASA method using equation (A2).
In step S05, the central processing unit 20 commands the start of vibration prediction at the frequency ω i .
In step S06, it is determined whether or not the primary natural frequency ω 0 of the mounted device j is greater than ω i . If ω 0 is equal to or smaller than ω i , the process proceeds to step S07, and the target device vibration g (ω) when ω i > ω 0 is calculated by equation (4).
Next, the process proceeds to step S08, where g (ω) is multiplied by the NASA method result obtained by equation (A2) in step S04, and the vibration predicted value at frequency ω i is obtained by equation (3) and calculated. Store in the result storage unit 31.

ステップS06で、ω0がωiより大きい場合は、ステップS09に進み、式(4)によりωi<ω0の場合のg(ω)を計算する。
次に、ステップS10に進み、ステップS04で求めたNASAの手法による結果にg(ω)をかけて、式(3)により周波数ωiでの振動予測値を求め、計算結果記憶部31に記憶する。
If ω 0 is larger than ω i in step S06, the process proceeds to step S09, and g (ω) in the case of ω i0 is calculated by equation (4).
Next, the process proceeds to step S10, where g (ω) is multiplied by the result obtained by the NASA method obtained in step S04, and a vibration predicted value at the frequency ω i is obtained by equation (3) and stored in the calculation result storage unit 31. To do.

ステップS08又はステップS10からステップS11に進む。ステップS11で、全ての周波数での計算が終了したか否か求める。終了していない場合は、ステップS12で、i=i+1として、ステップS05に戻り、搭載機器jについて、次の周波数ω(i+1)における振動の予測計算を行う。
ステップS11で、全ての周波数における振動予測値の計算が終了した場合は、次のステップS13に進む。
The process proceeds from step S08 or step S10 to step S11. In step S11, it is determined whether or not the calculation has been completed for all frequencies. If not completed, i = i + 1 is set in step S12, the process returns to step S05, and the predicted calculation of vibration at the next frequency ω (i + 1) is performed for the mounted device j.
If the calculation of the predicted vibration values at all frequencies is completed in step S11, the process proceeds to the next step S13.

ステップS13では、予測が必要な全ての搭載機器の予測が終了したか否かを求める。終了していない場合は、ステップS14で、j=j+1として、ステップS02に戻り、次の搭載機器j+1の予測をスタートする。
ステップS13で、全ての搭載機器の予測が終了した場合は、次のステップS15に進む。
ステップS15では、計算結果記憶部31に記憶した振動予測値を出力装置33に出力する。出力は、ディスプレーに表示、又はプリンターでプリントアウト等することができる。
In step S13, it is determined whether or not the prediction of all the mounted devices that need prediction is completed. If not finished, j = j + 1 is set in step S14, the process returns to step S02, and the prediction of the next mounted device j + 1 is started.
In step S13, when prediction of all the mounted devices is completed, the process proceeds to the next step S15.
In step S15, the predicted vibration value stored in the calculation result storage unit 31 is output to the output device 33. The output can be displayed on a display or printed out by a printer.

人工衛星等音響振動解析システム(JANET, JAXA Acoustic Analysis Network System)には、NASAの手法とインピーダンス手法の2つの振動予測手法が組み込まれている。JANETシステムに本発明による動質量予測手法を追加した装置を作成した。
図5にJANETシステムの概略構成図を示す。この装置を使用して、振動の予測値を求め、振動の実験結果と比較した。
Two vibration prediction methods, the NASA method and the impedance method, are incorporated in an acoustic vibration analysis system such as an artificial satellite (JANET, JAXA Acoustic Analysis Network System). A device in which the dynamic mass prediction method according to the present invention was added to the JANET system was created.
Fig. 5 shows a schematic diagram of the JANET system. Using this apparatus, a predicted value of vibration was obtained and compared with the experimental result of vibration.

図6に、衛星の振動実験装置41の概略図を示す。衛星又は機器を搭載したパネル42を実験装置に入れ、高音圧で高周波の音響振動を与える。音響振動は、例えば140dBで周波数は11kHz以下である。このときの機器を搭載したパネルの振動応答を測定する。   FIG. 6 shows a schematic diagram of the satellite vibration experiment apparatus 41. A panel 42 equipped with a satellite or equipment is placed in an experimental apparatus, and high-frequency acoustic vibration is applied with high sound pressure. For example, the acoustic vibration is 140 dB and the frequency is 11 kHz or less. The vibration response of the panel equipped with the equipment at this time is measured.

図7は、本発明の実施例1として、パネルに搭載機器A1(質量22kg)を搭載した場合について、1/3オクターブ中心周波数で、音響振動の実験を行い、搭載機器A1の振動を測定した。また、搭載機器A1について1/3オクターブ中心周波数で、本発明の動質量手法、NASAの手法、インピーダンス手法を使用して、振動予測を行った。振動予測結果と振動実験結果とを比較した結果を示す。
インピーダンス手法による予測結果は、周波数200Hz付近では振動実験結果に近いが、周波数が大きくなるに従って振動実験結果から遠くなる。NASAの手法による予測結果は、周波数2000Hz付近では振動実験結果に近いが、それより低い周波数では、振動実験結果から遠くなる。本発明の動質量手法による予測結果は、周波数200Hz〜2000Hzの全範囲にわたって、振動実験結果に近いことがわかる。
FIG. 7 shows an experiment of acoustic vibration at a 1/3 octave center frequency when the mounted device A1 (mass 22 kg) was mounted on the panel as Example 1 of the present invention, and the vibration of the mounted device A1 was measured. . In addition, vibration prediction was performed on the mounted device A1 using the dynamic mass method, the NASA method, and the impedance method of the present invention at a 1/3 octave center frequency. The result which compared the vibration prediction result and the vibration experiment result is shown.
The prediction result by the impedance method is close to the vibration experiment result near the frequency of 200 Hz, but becomes farther from the vibration experiment result as the frequency increases. The prediction result by the NASA method is close to the vibration experiment result near the frequency of 2000 Hz, but is far from the vibration experiment result at a lower frequency. It can be seen that the prediction result by the dynamic mass method of the present invention is close to the vibration experiment result over the entire frequency range of 200 Hz to 2000 Hz.

図8に、本発明の実施例2として、別のパネルに別の搭載機器B(質量35kg)を搭載した場合の振動予測結果を示す。図9に、本発明の実施例3として、別のパネルに別の搭載機器C(質量9kg)を搭載した場合の振動予測結果を示す。実施例1〜3に使用したパネル、搭載機器の条件を表1に示す。
図7〜9から、パネルの条件、対象機器の質量によらず、本発明の動質量手法を用いて計算した振動の予測値は、NASAの手法、インピーダンス手法を用いて予測した場合と比較して、振動実験結果に近いことがわかる。
FIG. 8 shows a vibration prediction result when another mounting device B (mass 35 kg) is mounted on another panel as Example 2 of the present invention. FIG. 9 shows a vibration prediction result when another mounting device C (mass 9 kg) is mounted on another panel as Example 3 of the present invention. Table 1 shows the conditions of the panels and mounted devices used in Examples 1 to 3.
7 to 9, the predicted vibration value calculated using the dynamic mass method of the present invention is compared with the case predicted using the NASA method and impedance method, regardless of the panel conditions and the mass of the target device. Thus, it can be seen that it is close to the vibration experiment result.

表1
Table 1

(動質量の周波数平均値の妥当性の検証)
以下に、(2-2)式に示す動質量の周波数平均が、弾性体に対し広く成り立つことを、モンテカルロシミュレーションにより検証する。
(B-1)
ここに、f0は弾性体の一次固有振動数、fは周波数である。
(Verification of validity of frequency average value of dynamic mass)
In the following, it is verified by Monte Carlo simulation that the frequency average of dynamic mass shown in Equation (2-2) holds widely for elastic bodies.
(B-1)
Here, f 0 is the primary natural frequency of the elastic body, and f is the frequency.

図11に示すような直列に連結されたN自由度系のシステムを考える。mi(i=1,2,…,N)はi番目の質量であり、ki,ciはそれぞれi番目の質量の左側のバネのバネ定数、ダッシュポットの減衰係数である。
このN自由度系は、力fによって質量m1が加振されており、加振点で加速度U‥を観測する。この時、N自由度系の動質量は、
である。
Consider a system of N degrees of freedom connected in series as shown in FIG. m i (i = 1, 2,..., N) is the i-th mass, and k i and c i are the spring constant of the spring on the left side of the i-th mass and the damp pot damping coefficient, respectively.
In this N-degree-of-freedom system, the mass m 1 is vibrated by the force f, and the acceleration U is observed at the vibration point. At this time, the dynamic mass of the N-degree-of-freedom system is
It is.

多様な構造に対して動質量の周波数平均値の式である式(2-2)、((B-1))が成立することを確認するために、全ての質量miとバネ定数kiを互いに独立な一様ランダム変数として与えるモンテカルロシミュレーションを行った。表B-1にモンテカルロシミュレーションの条件を示す。ランダム変数により500個の50自由度系を生成し、それぞれの動質量を計算した。減衰については、減衰係数比ζを1%, 5%, 10%と変化させて計算を行った。

In order to confirm that the equations (2-2) and ((B-1)), which are frequency average values of dynamic masses, are satisfied for various structures, all the masses m i and spring constants k i Monte Carlo simulations were given, giving uniform random variables independent of each other. Table B-1 shows the conditions for Monte Carlo simulation. We generated 500 50-degree-of-freedom systems with random variables and calculated their dynamic masses. The attenuation was calculated by changing the attenuation coefficient ratio ζ to 1%, 5%, and 10%.

表B-1 モンテカルロシミュレーションの条件
図12〜14に、減衰係数比ζを1%, 5%, 10%とした時の動質量の計算結果を示す。図の横軸は、周波数をN自由度系のベース加振時の一次固有振動数で、正規化した周波数であり、正規化周波数で70まで、刻み幅0.2で計算した。図の縦軸は、動質量をN自由度系の総質量で正規化した動質量である。動質量の計算結果から、以下が考察される。
Table B-1 Monte Carlo simulation conditions
12 to 14 show dynamic mass calculation results when the damping coefficient ratio ζ is 1%, 5%, and 10%. The horizontal axis of the figure is the frequency normalized by the primary natural frequency at the time of base excitation of the N-degree-of-freedom system. The normalized frequency was calculated up to 70 with a step size of 0.2. The vertical axis in the figure represents the dynamic mass obtained by normalizing the dynamic mass with the total mass of the N-degree-of-freedom system. The following is considered from the calculation results of the dynamic mass.

1) 図12〜14は500個のN自由度系の動質量を重ね書きしたものであるが、高周波数程、動質量のピークと谷の周波数のばらつきが大きい。これは、高周波数程、構造がランダムであることを示している。
2) 減衰係数比によらず、正規化周波数1以上で、動質量は、式(B-1)を中心として周波数変動している。
3) 減衰係数比が大きくなるほど、共振ピークが抑えられるため、式(B-1)に近い動質量となっている。
4) 正規化周波数1における動質量ピークは、N自由度系の加振点が固定された場合の共振周波数であり、減衰係数比が小さいほど大きく、その値は概ね1/(2ζ)である。
以上から、式(B-1)は、周波数により変化する動質量の周波数平均値を良く近似していると考えられる。
1) FIGS. 12 to 14 show 500 N-degree-of-freedom dynamic masses overwritten. The higher the frequency, the greater the variation in the dynamic mass peak and valley frequency. This indicates that the higher the frequency, the more random the structure.
2) Regardless of the damping coefficient ratio, the dynamic mass fluctuates around the formula (B-1) when the normalized frequency is 1 or more.
3) As the damping coefficient ratio increases, the resonance peak is suppressed, so the dynamic mass is close to equation (B-1).
4) The dynamic mass peak at normalized frequency 1 is the resonance frequency when the excitation point of the N-degree-of-freedom system is fixed. The smaller the damping coefficient ratio, the larger the value is approximately 1 / (2ζ). .
From the above, it is considered that Equation (B-1) closely approximates the frequency average value of dynamic mass that varies with frequency.

そこで、動質量の周波数平均を考える。正規化周波数に対し、iを整数として、バンド区間[2i/n-1/2n,2i/n+1/2n]を持つ中心周波数2i/nの1/nオクターブバンドを導入する。減衰係数比ζを1%, 5%, 10%とした時の500個のN自由度系の動質量に対し、1/1オクターブバンド周波数平均及びアンサンブル平均(N自由度系の個体間平均)を行った結果を図15に示す。二次固有振動数以上では、式(B-1)と動質量の平均値は極めて良く一致していることが分かる。
以上のモンテカルロシミュレーション結果から、式(B-1)は現実の様々な構造物の動質量の周波数平均値の良い近似を与えることが分かる。
Therefore, consider the frequency average of dynamic mass. With respect to the normalized frequency, a 1 / n octave band having a center frequency 2 i / n having a band interval [2 i / n−1 / 2n , 2 i / n + 1 / 2n ] is introduced, where i is an integer. For the dynamic mass of 500 N-degree-of-freedom systems when the damping coefficient ratio ζ is 1%, 5%, and 10%, 1/1 octave band frequency average and ensemble average (N-degree of freedom individual average) The result of having performed is shown in FIG. It can be seen that above the secondary natural frequency, the average value of dynamic mass is in good agreement with equation (B-1).
From the above Monte Carlo simulation results, it can be seen that Equation (B-1) gives a good approximation of the frequency average value of the dynamic mass of various actual structures.

本発明は、宇宙産業、特に人工衛星の音響加振下におけるパネルのランダム振動に関する設計、解析に利用することができる。
また、宇宙産業以外でも、パネルに機器が搭載されている構造物の振動レベルを予測するのに利用することが出来る。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for design and analysis related to random vibration of a panel in the space industry, particularly under the acoustic excitation of an artificial satellite.
In addition, it can be used to predict the vibration level of a structure in which equipment is mounted on a panel, even outside the space industry.

弾性体と質点の動質量を表す図。The figure showing the dynamic mass of an elastic body and a mass point. 1/3オクターブバンド中心周波数と予測誤差を示す図。The figure which shows 1/3 octave band center frequency and a prediction error. 本発明によるパネルの振動予測装置のブロック図。The block diagram of the vibration prediction apparatus of the panel by this invention. 本発明による動質量法を用いた振動予測手法のフローチャート。The flowchart of the vibration prediction method using the dynamic mass method by this invention. 人工衛星等音響振動解析システムの構成図。The block diagram of acoustic vibration analysis systems, such as an artificial satellite. 衛星の振動実験装置の概略図。Schematic of a satellite vibration experiment apparatus. 本発明の実施例1による振動予測結果と振動実験結果を示す図。The figure which shows the vibration prediction result and vibration experiment result by Example 1 of this invention. 本発明の実施例2による振動予測結果と振動実験結果を示す図。The figure which shows the vibration prediction result by Example 2 of this invention, and a vibration experiment result. 本発明の実施例3による振動予測結果と振動実験結果と設計時のスペックを示す図。The figure which shows the specification at the time of the vibration prediction result by Example 3 of this invention, a vibration experiment result, and a design. 部分構造合成法を示す概念図。The conceptual diagram which shows the partial structure synthesis method. 直列に連結されたN自由度系の概念図。The conceptual diagram of the N degrees-of-freedom system connected in series. 減衰係数比ζが1%の場合の動質量計算結果。Dynamic mass calculation result when the damping coefficient ratio ζ is 1%. 減衰係数比ζが5%の場合の動質量計算結果。Dynamic mass calculation result when the damping coefficient ratio ζ is 5%. 減衰係数比ζが10%の場合の動質量計算結果。Dynamic mass calculation result when the damping coefficient ratio ζ is 10%. 動質量の周波数・個体間平均の計算結果。Calculation results of dynamic mass frequency and average between individuals.

符号の説明Explanation of symbols

20 中央処理装置
21 演算装置
22 NASA手法計算部
23 対象機器影響係数計算部
24 予測値計算部
28 記憶装置
29 プログラム記憶部
30 データ記憶部
31 計算結果記憶部
32 入力装置
33 出力装置
41 振動実験装置
42 機器を搭載したパネル
20 Central processing unit
21 Arithmetic unit
22 NASA Method Calculator
23 Target equipment influence coefficient calculator
24 Predicted value calculation section
28 Storage device
29 Program storage
30 Data storage
31 Calculation result storage
32 input devices
33 Output device
41 Vibration test equipment
42 Panel with equipment

Claims (8)

機器を搭載するパネルが加振されるときのランダム振動を予測する装置であって、
記憶装置と、演算装置と、入力装置と、出力装置とを備え、
前記記憶装置は、
計算式を記憶するプログラム記憶部と、
前記パネル、前記搭載機器のデータを記憶するデータ記憶部と、
前記計算式により計算した計算結果を記憶する計算結果記憶部とを含み、
前記演算装置は、
前記対象機器以外の機器を搭載した前記パネルの振動応答を、搭載機器の質量がパネル体に一様に分布しているとして計算するNASA手法計算部と、
前記対象機器を弾性体として取扱い、前記対象機器を搭載したことによる振動低減効果を示す対象機器影響係数を計算する対象機器影響係数計算部と、
前記NASA手法計算部が計算した前記対象機器以外の前記搭載機器を搭載した前記パネルの振動応答に、前記対象機器影響係数計算部が計算した前記対象機器影響係数を乗じて、前記対象機器の振動予測値を計算する予測値計算部と、を備え、
前記対象機器の振動を精度良く予測することを特徴とする振動予測装置。
A device for predicting random vibration when a panel on which equipment is mounted is vibrated,
A storage device, an arithmetic device, an input device, and an output device;
The storage device
A program storage unit for storing the calculation formula;
A data storage unit for storing data of the panel and the mounted device;
A calculation result storage unit that stores a calculation result calculated by the calculation formula,
The arithmetic unit is:
NASA method calculation unit for calculating the vibration response of the panel mounted with a device other than the target device, assuming that the mass of the mounted device is uniformly distributed in the panel body,
A target device influence coefficient calculating unit that handles the target device as an elastic body and calculates a target device influence coefficient indicating a vibration reduction effect by mounting the target device;
The vibration of the target device is calculated by multiplying the vibration response of the panel mounted with the mounted device other than the target device calculated by the NASA method calculation unit by the target device influence coefficient calculated by the target device influence coefficient calculation unit. A predicted value calculation unit for calculating a predicted value,
A vibration prediction apparatus for accurately predicting vibration of the target device.
請求項1に記載の振動予測装置であって、前記対象機器影響係数計算部は、前記対象機器の動質量を用いて、振動予測値を計算する装置。   The vibration prediction apparatus according to claim 1, wherein the target device influence coefficient calculation unit calculates a predicted vibration value using a dynamic mass of the target device. 請求項2に記載の振動予測装置であって、前記対象機器の振動数が前記対象機器の一次固有振動数より小さい範囲では、前記対象機器の動質量は静質量と同じ値とし、前記対象機器の振動数が前記搭載機器の一次固有振動数より大きい範囲では、前記対象機器の振動数が大きくなるに従って、前記対象機器の動質量は次第に小さくなるとして振動予測値を計算する装置。   3. The vibration prediction apparatus according to claim 2, wherein the dynamic mass of the target device is the same value as the static mass in a range where the frequency of the target device is smaller than the primary natural frequency of the target device, In a range in which the frequency of the target device is larger than the primary natural frequency of the mounted device, the predicted vibration value is calculated by assuming that the dynamic mass of the target device gradually decreases as the frequency of the target device increases. 請求項3に記載の振動予測装置であって、前記対象機器の動質量を、
ここに、Mcは動質量、f0は弾性体(前記対象機器)の一次固有振動数、fは周波数、
として、前記対象機器の前記対象機器影響係数を計算する装置。
The vibration prediction apparatus according to claim 3, wherein the dynamic mass of the target device is
Where M c is the dynamic mass, f 0 is the primary natural frequency of the elastic body (the target device), f is the frequency,
As an apparatus for calculating the target device influence coefficient of the target device.
機器を搭載するパネルが加振されるときのランダム振動を予測する方法であって、
a) 対象機器以外の機器を搭載したパネルについて、搭載機器の質量がパネルに一様に分布しているとして振動を計算し、
b) 前記対象機器を弾性体として取扱い、前記対象機器を搭載したことによる振動低減効果を示す対象機器影響係数を計算し、
c) ステップa)において前記対象機器以外の機器を搭載したパネルの振動を計算した結果に、ステップb)で求めた前記対象機器影響係数を乗じて、前記対象機器の振動予測値を計算するステップと、
を備えるパネルの振動を精度よく予測することを特徴とする振動予測方法。
A method for predicting random vibration when a panel on which equipment is mounted is vibrated,
a) For a panel with equipment other than the target equipment, calculate the vibration assuming that the mass of the equipment is evenly distributed on the panel,
b) Treat the target device as an elastic body, calculate the target device influence coefficient indicating the vibration reduction effect by mounting the target device,
c) A step of calculating a predicted vibration value of the target device by multiplying the result of calculating the vibration of the panel on which the device other than the target device is mounted in step a) by the target device influence coefficient obtained in step b). When,
A vibration prediction method characterized by accurately predicting vibrations of a panel comprising:
請求項5に記載の振動予測方法であって、
前記ステップb)では、前記対象機器の質量として動質量を用いて、前記対象機器影響係数を求める方法。
The vibration prediction method according to claim 5,
In the step b), the target device influence coefficient is obtained by using dynamic mass as the mass of the target device.
請求項6に記載の振動予測方法であって、
前記対象機器の振動数が前記対象機器の一次固有振動数より小さい範囲では、前記対象機器の動質量は静質量と同じ値とし、前記対象機器の振動数が前記搭載機器の一次固有振動数より大きい範囲では、前記対象機器の振動数が大きくなるに従って、前記対象機器の動質量は次第に小さくなるとして振動予測値を計算する方法。
The vibration prediction method according to claim 6,
In a range where the frequency of the target device is smaller than the primary natural frequency of the target device, the dynamic mass of the target device is the same value as the static mass, and the frequency of the target device is higher than the primary natural frequency of the mounted device. A method of calculating a predicted vibration value assuming that the dynamic mass of the target device gradually decreases as the frequency of the target device increases in a large range.
請求項7に記載の振動予測方法であって、前記対象機器の動質量を、
ここに、Mcは動質量、f0は弾性体(前記対象機器)の一次固有振動数、fは周波数、
として、前記対象機器の前記対象機器影響係数を計算する方法。
The vibration prediction method according to claim 7, wherein the dynamic mass of the target device is
Where M c is the dynamic mass, f 0 is the primary natural frequency of the elastic body (the target device), f is the frequency,
As a method for calculating the target device influence coefficient of the target device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102494859A (en) * 2011-11-15 2012-06-13 上海卫星工程研究所 Fixed frequency calibration test method of spacecraft vibration
JP2016050924A (en) * 2014-09-02 2016-04-11 大成建設株式会社 Device and method for vibration characteristic estimation

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