JP2012127674A - Method for removing influence of sensor weight from vibration data in experimental modal analysis - Google Patents

Method for removing influence of sensor weight from vibration data in experimental modal analysis Download PDF

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宏明 中越
Satoshi Sawada
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an experimental modal analysis method for removing an influence of a sensor weight in an experimental modal analysis for measuring the vibration characteristics of a structure.SOLUTION: The experimental modal analysis for measuring the vibration characteristics of the structure includes: a modal data measuring step for acquiring the vibration data of the structure using a contact type sensor; a weight-applied-time modal data measuring step for adding a known weight to the contact type sensor to acquire the vibration data of the structure; a weight influence degree calculating step for constructing a relational expression of a difference between the modal data measuring step and the weight-applied-time modal data measuring step, with the added weight; and a sensor weight removed modal data calculating step for acquiring the vibration data from which the influence of the sensor weight is removed, from the data acquired by the modal data measuring step using the relational expression calculated by the weight influence degree calculation.

Description

本発明は、実験モーダル解析における振動データからのセンサ重量影響方法に関する。   The present invention relates to a sensor weight influence method from vibration data in experimental modal analysis.

構造体がある外力を受けたとき、振動や騒音が発生する場合がある。これは、その構造体が持っている固有振動数と外力の振動数が一致して大きな振動(共振)が発生する等の現象が起こるためである。そのため、構造体を開発・設計する場合には、その構造体をある有限の質量、バネ等で構成されていると仮定し、それらから、その構造体の固有振動数(共振周波数)、振動加速度、固有振動モードなどの構造体の振動特性を把握し、必要な場合はその構造体の形状、材料などを変更して固有振動数を実際に使用される周波数範囲外に移動させて、使用時に共振しないようにするなどの対策を行う必要がある。   When the structure receives a certain external force, vibration and noise may occur. This is because a phenomenon such as occurrence of large vibration (resonance) occurs when the natural frequency of the structure and the frequency of the external force coincide with each other. Therefore, when developing and designing a structure, it is assumed that the structure is composed of a finite mass, a spring, etc., and the natural frequency (resonance frequency) and vibration acceleration of the structure are then calculated. Understand the vibration characteristics of the structure such as natural vibration mode, and if necessary, change the shape and material of the structure to move the natural frequency out of the actual frequency range. It is necessary to take measures such as preventing resonance.

構造体の振動特性を把握するためには、構造体の試作を行い、実験モーダル解析手法を用いて計測する方法がよく用いられる。   In order to grasp the vibration characteristics of the structure, a method of making a prototype of the structure and measuring it using an experimental modal analysis technique is often used.

図3は従来の実験モーダル解析の手順を示したフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of a conventional experimental modal analysis.

試作工程301では、実際に構造体を試作する。   In the prototype process 301, a structure is actually prototyped.

数値解析モデル作成工程311では、構造体のシェル要素やソリッド要素などの有限要素に分割された形状データ、弾性率、ポアソン比、密度などの材料データ、加振力、加振位置、固定位置などの境界条件データをコンピュータの補助記憶装置に入力する。射出成形品など、構造体の代表的な寸法よりも板厚が十分小さい板状構造体の場合は、有限要素としてシェル要素を使用することが多い。   In the numerical analysis model creation step 311, shape data divided into finite elements such as shell elements and solid elements of the structure, material data such as elastic modulus, Poisson's ratio, density, excitation force, excitation position, fixed position, etc. The boundary condition data is input to the auxiliary storage device of the computer. In the case of a plate-like structure whose thickness is sufficiently smaller than the typical dimensions of the structure, such as an injection molded product, a shell element is often used as a finite element.

固有値解析工程312では、エムエスシーソフトウエア コーポレーション製“MSC NASTRAN(登録商標)”などの市販の振動解析用ソフトウエアを用いて、構造体の固有振動数、モードシェイプなどの振動特性を解析する。   In the eigenvalue analysis step 312, vibration characteristics such as natural frequency and mode shape of the structure are analyzed using commercially available vibration analysis software such as “MSC NASTRAN (registered trademark)” manufactured by MSC Software Corporation.

応答計測点・加振点決定工程302では、過去の知見などに基づいて応答計測点、加振点の位置、数を決定する。   In the response measurement point / excitation point determination step 302, the position and number of response measurement points and excitation points are determined based on past knowledge and the like.

次に、相関解析工程303では、ユージーエス コーポレーション製“I−DEAS(登録商標)”などの市販の実験モーダル解析ソフトウエアを用いて、固有値解析工程312で解析した振動特性を入力し、応答計測点・加振点決定工程302で決定した応答計測点の変位のみを用いた固有振動モード同士のMAC値(MAC:Modal Assurance Criteria)を特許文献1にあるように解析し、図4に示すようなMACマトリクス400を作成することで、数値解析モデルのどのモードとの相関が高いかを定量的に求める。MAC値は、比較している2つのモードシェイプがどの程度一致しているかを定量的に示すもので、0〜1の値をとる。「0」はモードが全く一致していない、「1」はモードが完全に一致していることを示す。このとき、同じ固有振動モード同士のMAC値は同じ形状であるため必ず1となり、他のモードとの組み合わせでは0に近い値となるほうがよい。例えば、図5の様な梁の構造体501について、応答計測点502、503、504で3箇所の応答を計測することを考える。図6の様な第1次モードのモードシェイプ601と図7の様な第3次モードのモードシェイプ701が存在する場合、第1次モードのモードシェイプ601では応答計測点が602、603、604の様に変位し、第3次モードのモードシェイプ701では応答計測点が702、703、704の様に変位する。応答計測点の応答(変位、速度、加速度など)しか把握できていないため、図からも明らかなように第3次モードのモードシェイプ701は、みかけ上707のように観測される。よって、第1モードのモードシェイプ601と第3次モードのモードシェイプ701は区別がつかなくなる。この場合、MAC値を計算すると1に近い値が算出される。また、図5の構造体に応答計測点505、506の2つを追加して、5箇所の応答を計測する場合、第1次モードのモードシェイプは図6の601の様に観測され、第3次モードのモードシェイプは図7の701の様に観測される。図からも明らかなように第1次モードのモードシェイプ601と第3次モードのモードシェイプ705は全く異なる形状として確認できる。この場合、MAC値を計算すると0に近い値が計算される。この様に応答計測点の位置と数によりモードシェイプが、みかけ上区別がつかなくなることを避けるため、他のモードとの組み合わせでは0に近い値となるようにする。モードシェイプの区別がつかないということは、各モードのモードシェイプの特徴を正しく把握出来ていないことになる。MAC閾値判定工程304で、異なるモード間のMAC値が過去の知見などに基づいて決定された判定基準以上の値となるかを判別し、数値解析により求めた固有振動モードなどを参考にして応答計測点の位置、数を変更してMAC値を再度解析し、上記工程302〜304を繰り返すことで適切な応答計測点を決定する。   Next, in the correlation analysis step 303, the vibration characteristics analyzed in the eigenvalue analysis step 312 are input by using commercially available experimental modal analysis software such as “I-DEAS (registered trademark)” manufactured by UG Corporation, and response measurement is performed. The MAC value (MAC: Modal Assistance Criteria) between natural vibration modes using only the displacement of the response measurement point determined in the point / excitation point determination step 302 is analyzed as shown in Patent Document 1, and as shown in FIG. By creating a simple MAC matrix 400, it is quantitatively determined which mode of the numerical analysis model is highly correlated. The MAC value quantitatively indicates how much the two mode shapes being compared match, and takes a value of 0 to 1. “0” indicates that the modes do not match at all, and “1” indicates that the modes match completely. At this time, the MAC values of the same natural vibration modes have the same shape, and thus always have a value of 1, and should be a value close to 0 in combination with other modes. For example, consider measuring responses at three response measurement points 502, 503, and 504 for a beam structure 501 as shown in FIG. When the mode shape 601 of the primary mode as shown in FIG. 6 and the mode shape 701 of the tertiary mode as shown in FIG. 7 exist, the response measurement points are 602, 603, 604 in the mode shape 601 of the primary mode. In the third-order mode mode 701, the response measurement points are displaced as 702, 703, and 704. Since only the response (displacement, velocity, acceleration, etc.) of the response measurement point can be grasped, the mode shape 701 in the third order mode is observed as an apparent 707 as apparent from the figure. Therefore, the mode shape 601 in the first mode and the mode shape 701 in the third mode cannot be distinguished. In this case, when the MAC value is calculated, a value close to 1 is calculated. In addition, when two response measurement points 505 and 506 are added to the structure of FIG. 5 and responses are measured at five locations, the mode shape of the primary mode is observed as indicated by 601 in FIG. The mode shape of the third-order mode is observed as 701 in FIG. As is apparent from the figure, the mode shape 601 in the first order mode and the mode shape 705 in the third order mode can be confirmed as completely different shapes. In this case, when the MAC value is calculated, a value close to 0 is calculated. In this way, in order to avoid that the mode shape is apparently indistinguishable depending on the position and number of response measurement points, it is set to a value close to 0 in combination with other modes. The fact that mode shapes cannot be distinguished means that the mode shape characteristics of each mode cannot be correctly grasped. In the MAC threshold determination step 304, it is determined whether or not the MAC value between different modes is equal to or greater than a determination criterion determined based on past knowledge, and a response is made with reference to the natural vibration mode obtained by numerical analysis The position and number of measurement points are changed, the MAC value is analyzed again, and the above steps 302 to 304 are repeated to determine an appropriate response measurement point.

伝達関数測定工程305では、非特許文献1に示すように、インパクトハンマや加振器で試作品の所定の位置に外力を与えることで加振させ、試作品上の複数の位置の応答を加速度計などで測定することにより、加振点と応答点の間の周波数伝達関数を求める。また、マックスウエルの相反定理により、加振点と応答点を入れ替えても周波数応答関数は変わらないので、応答点を固定し、加振点を移動させる方法を採る場合もある。   In the transfer function measurement step 305, as shown in Non-Patent Document 1, vibration is applied by applying an external force to a predetermined position of the prototype with an impact hammer or a vibrator, and responses at a plurality of positions on the prototype are accelerated. The frequency transfer function between the excitation point and the response point is obtained by measuring with a meter. Further, according to Maxwell's reciprocity theorem, the frequency response function does not change even if the excitation point and the response point are interchanged. Therefore, there is a case where the response point is fixed and the excitation point is moved.

モーダルパラメータ同定工程306では、非特許文献2に示すように、伝達関数測定工程305で求めた複数の伝達関数からポリリファレンス法などの手法を用いてモーダルパラメータを抽出することにより、固有振動数、モード毎の減衰係数、固有振動モードなどの振動特性307を計測することができる。いったん、振動特性を求めれば、どのような外力がどの位置に作用しても、その時の試作品のふるまいがコンピュータでシュミレーションできることになる。   In the modal parameter identification step 306, as shown in Non-Patent Document 2, by extracting a modal parameter from a plurality of transfer functions obtained in the transfer function measurement step 305 using a technique such as a polyreference method, the natural frequency, Vibration characteristics 307 such as a damping coefficient for each mode and a natural vibration mode can be measured. Once the vibration characteristics are obtained, the behavior of the prototype at that time can be simulated by a computer no matter what external force acts on which position.

しかしながら、本発明者等の知見によれば、構造体の重量は固有振動数に大きな影響を与え、構造体の重量増加にともない固有振動数は低下することが分かっている。また、重量増加の場所によっても固有振動数の低下の度合いは変化する。よって、このような従来手法では、センサ重量が計測する伝達関数に影響を与え、本来、伝達関数上のピークの位置すなわち固有振動数が計測点毎に一致するはずであるが、固有振動数が計測する場所によりズレてしまうことになる。したがって、計測点により固有振動数がズレた状態の伝達関数を分析することになり、振動モードを正確に抽出することが難しいという問題点がある。特に、センサ重量が、試作した構造体の重量の数%となるなど相対的に重い場合に大きな問題となる。この伝達関数が誤ったまま分析を行うと、モードシェイプを正しく把握できないことになるため、誤った振動対策をしてしまう可能性がある。   However, according to the knowledge of the present inventors, it is known that the weight of the structure greatly affects the natural frequency, and the natural frequency decreases as the weight of the structure increases. In addition, the degree of decrease in the natural frequency varies depending on the place where the weight increases. Therefore, in such a conventional method, the sensor weight affects the transfer function to be measured, and the peak position on the transfer function, that is, the natural frequency should be consistent for each measurement point. It will be shifted by the place to measure. Therefore, there is a problem that it is difficult to accurately extract the vibration mode because the transfer function in a state where the natural frequency is shifted by the measurement point is analyzed. In particular, it becomes a big problem when the sensor weight is relatively heavy, such as several percent of the weight of the prototype structure. If the analysis is performed with this transfer function being incorrect, the mode shape cannot be grasped correctly, and thus there is a possibility that an erroneous vibration countermeasure is taken.

より重量が軽いセンサを用いて固有振動数のズレを小さくするといった対処方法もあるが、小型センサは高価であり、どんなに軽量なセンサを用いても接触型センサである限り、重量の影響は除去しきれないという問題がある。   Although there is a countermeasure such as using a lighter sensor to reduce the deviation of the natural frequency, the small sensor is expensive, and the influence of the weight is removed as long as it is a contact sensor no matter how light the sensor is used. There is a problem that it cannot be done.

また、非接触型センサを用いることで対処できる可能性もあるが、多くの場合、非接触型センサは小型の接触型センサと比べ比較にならないほど高価である。   Although there is a possibility that it can be dealt with by using a non-contact type sensor, in many cases, the non-contact type sensor is more expensive than a small contact type sensor.

また、応答点を固定し、加振点を移動させる方法を実施すれば、センサの移動が無いため計測点毎に固有振動数がズレることは無くなるが、通常のハンマリング加振の場合、1方向にしか加振出来ないため、多くの固有振動モードを加振できない可能性がある。   Also, if the method of moving the excitation point is fixed with the response point fixed, the natural frequency will not be shifted for each measurement point because there is no movement of the sensor. However, in the case of normal hammering excitation, Since it can only vibrate in the direction, many natural vibration modes may not be vibrated.

したがって、従来手法では、構造体の振動特性を計測するための実験モーダル解析において、正しい伝達関数を計測できない場合があった。   Therefore, in the conventional method, there is a case where a correct transfer function cannot be measured in the experimental modal analysis for measuring the vibration characteristic of the structure.

特開2001−311659号公報JP 2001-311659 A

大久保信行著、「機械のモーダル・アナリシス」、中央大学出版部、1982年5月、p.47−82Nobuyuki Okubo, “Modal Analysis of Machines”, Chuo University Press, May 1982, p. 47-82 大久保信行著、「機械のモーダル・アナリシス」、中央大学出版部、1982年5月、p.82−118Nobuyuki Okubo, “Modal Analysis of Machines”, Chuo University Press, May 1982, p. 82-118

本発明の目的は、構造体の振動特性を計測するための実験モーダル解析において、計測した伝達関数からセンサ重量の影響を除去する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for removing the influence of a sensor weight from a measured transfer function in an experimental modal analysis for measuring vibration characteristics of a structure.

上記目的を達成するために、本発明は、構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法であって、
接触型センサを用いて構造物の振動データを取得するモーダルデータ計測工程と、
前記接触型センサに既知の重量を付加し構造物の振動データを取得する重量付加時モーダルデータ計測工程と、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差と付加重量との関係式を構築する重量影響度算出工程と、
前記重量影響度算出工程で算出した関係式を用いて、前記モーダルデータ計測工程で取得した振動データから、センサ重量の影響を除去した構造物の振動データを取得するセンサ重量除去モーダルデータ算出工程とを有する、
構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法が提供される。
In order to achieve the above object, the present invention is an experimental modal analysis method for analyzing vibration characteristics of a structure,
A modal data measurement process for acquiring vibration data of a structure using a contact sensor;
Weight addition modal data measurement step of adding a known weight to the contact sensor and acquiring vibration data of the structure;
A weight influence degree calculating step of constructing a relational expression between the difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the modal data measurement step at the time of weight addition and the additional weight;
A sensor weight removal modal data calculation step for obtaining vibration data of a structure from which the influence of the sensor weight is removed from the vibration data obtained in the modal data measurement step using the relational expression calculated in the weight influence degree calculation step; Having
An experimental modal analysis method for analyzing the vibration characteristics of a structure is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数の変化量とする、請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法が提供される。
According to a preferred embodiment of the present invention, in the weight influence degree calculating step,
2. The vibration of the structure according to claim 1, wherein a difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the weight addition modal data measurement step is a change amount of the natural frequency. An experimental modal analysis method for analyzing properties is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数と反共振周波数の変化量とする請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法が提供される。
According to a preferred embodiment of the present invention, in the weight influence degree calculating step,
The structure according to claim 1, wherein a difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the weight-added modal data measurement step is a change amount of the natural frequency and the antiresonance frequency. An experimental modal analysis method is provided for analyzing body vibration characteristics.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数の変化量と、応答の大きさの変化量とする、請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法が提供される。
According to a preferred embodiment of the present invention, in the weight influence degree calculating step,
The difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the weight-added modal data measurement step is defined as a change amount of the natural frequency and a change amount of the response. An experimental modal analysis method for analyzing vibration characteristics of the structure according to item 1 is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数と反共振周波数の変化量と、応答の大きさの変化量とする請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法が提供される。
According to a preferred embodiment of the present invention, in the weight influence degree calculating step,
The difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the modal data measurement step at the time of weight addition, the amount of change in natural frequency and anti-resonance frequency, and the amount of change in response An experimental modal analysis method for analyzing the vibration characteristics of the structure according to claim 1 is provided.

また、本発明の好ましい形態によれば、前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程と前記重量付加時モーダルデータ計測工程の応答を、応答計測点における、変位、速度、加速度、コンプライアンス、モビリティ、アクセレランス、動剛性、機械インピーダンス、動質量のいずれかとする請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法が提供される。
According to a preferred embodiment of the present invention, in the weight influence degree calculating step,
The response of the modal data measurement step and the weight addition modal data measurement step is any one of displacement, velocity, acceleration, compliance, mobility, tolerance, dynamic stiffness, mechanical impedance, and dynamic mass at a response measurement point. An experimental modal analysis method for analyzing the vibration characteristics of the structure according to 1 is provided.

また、本発明の別の形態によれば、構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析装置であって、
接触型センサを用いて構造物の振動データを取得するモーダルデータ計測手段と、
前記接触型センサに既知の重量を付加し構造物の振動データを取得する重量付加時モーダルデータ計測手段と、
前記モーダルデータ計測手段で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測手段で取得された振動データとの差と付加重量との関係式を構築する重量影響度算出手段と、
前記重量影響度算出手段で算出した関係式を用いて、前記モーダルデータ計測手段で取得したデータから、センサ重量の影響を除去したモーダルデータを取得するセンサ重量除去モーダルデータ算出手段とを有する、
構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided an experimental modal analysis device for analyzing vibration characteristics of a structure,
Modal data measuring means for acquiring vibration data of a structure using a contact sensor;
Weight addition modal data measurement means for adding a known weight to the contact sensor and acquiring vibration data of the structure;
A weight influence degree calculating means for constructing a relational expression between the difference between the vibration data acquired by the modal data measuring means and the vibration data acquired by the modal data measuring means at the time of weight addition and the additional weight;
Sensor weight removal modal data calculating means for acquiring modal data from which the influence of the sensor weight is removed from the data acquired by the modal data measuring means using the relational expression calculated by the weight influence degree calculating means,
An experimental modal analysis device for analyzing vibration characteristics of a structure is provided.

また、本発明の別の形態によれば、上記のいずれかに記載の実験モーダル解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute any of the experimental modal analysis methods described above.

また、本発明の別の形態によれば、上記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。   Moreover, according to another form of this invention, the computer-readable recording medium which recorded said program is provided.

本発明において、振動データとは、各応答測定点において測定された変位、速度、加速度などのセンサ出力をいう。また、センサ出力に高速フーリエ変換、ハイパスフィルタなどの処理を加え、時間関数から周波数関数へ変換したものを振動データとする場合もある。   In the present invention, the vibration data refers to sensor outputs such as displacement, velocity, acceleration measured at each response measurement point. Further, vibration data may be obtained by performing processing such as fast Fourier transform and high-pass filter on the sensor output and converting the time function to the frequency function.

本発明において、応答計測点とは、実験モーダル解析において、実際の構造体の伝達関数を計測するための、変位計、速度計、加速度計などのセンサを取り付ける場所をいう。   In the present invention, the response measurement point refers to a place where a sensor such as a displacement meter, a speedometer, or an accelerometer for measuring a transfer function of an actual structure is attached in an experimental modal analysis.

本発明において、コンプライアンスとは、測定された変位もしくは測定された速度・加速度から微積分により求められた変位を、入力した加振力で割った値をいい、単位加振力あたりの変位を示す。   In the present invention, compliance means a value obtained by dividing a measured displacement or a displacement obtained by calculus from measured velocity / acceleration by an input excitation force, and indicates a displacement per unit excitation force.

本発明において、モビリティとは、測定された速度もしくは測定された変位・加速度から微積分により求められた速度を、入力した加振力で割った値をいい、単位加振力あたりの速度を示す。   In the present invention, mobility refers to a value obtained by dividing a measured velocity or a velocity obtained by calculus from measured displacement / acceleration by an input exciting force, and indicates a velocity per unit exciting force.

本発明において、アクセレランスとは、測定された加速度もしくは測定された変位・速度から微積分により求められた加速度を入力した加振力で割った値をいい、単位加振力あたりの加速度を示す。   In the present invention, the acceleration refers to a value obtained by dividing a measured acceleration or an acceleration obtained by calculus from a measured displacement / velocity by an input excitation force, and indicates an acceleration per unit excitation force.

本発明において、動剛性とは、入力した加振力を、測定された変位もしくは測定された速度・加速度から微積分により求められた変位で割った値をいい、コンプライアンスの逆数を示す。   In the present invention, the dynamic stiffness is a value obtained by dividing the input excitation force by the displacement obtained by calculus from the measured displacement or the measured speed / acceleration, and indicates the reciprocal of compliance.

本発明において、機械インピーダンスとは、入力した加振力を、測定された速度もしくは測定された変位・加速度から微積分により求められた速度で割った値をいい、モビリティの逆数を示す。   In the present invention, the mechanical impedance means a value obtained by dividing an input excitation force by a measured speed or a speed obtained by calculus from a measured displacement / acceleration, and indicates a reciprocal of mobility.

本発明において、動質量とは、入力した加振力を、測定された加速度もしくは測定された変位・速度から微積分により求められた加速度で割った値をいい、アクセレランスの逆数を示す。   In the present invention, the dynamic mass refers to a value obtained by dividing the input excitation force by the acceleration obtained by calculus from the measured acceleration or the measured displacement / velocity, and indicates the reciprocal of acceleration.

本発明において、モードシェイプとは、モード毎の振動形態をいう。変位方向は通常3次元であるが、2次元、1次元で表現される場合もある。また、通常、モードシェイプの変位の大きさは最大変位が1となるよう正規化されている。モードシェイプの変位情報をベクトル表記したものはモードシェイプベクトルといい、第m次モードのモードシェイプベクトルは{φm}として表される。 In the present invention, the mode shape refers to a vibration mode for each mode. Although the displacement direction is usually three-dimensional, it may be expressed in two dimensions or one dimension. In general, the displacement of the mode shape is normalized so that the maximum displacement is 1. A vector notation of the displacement information of the mode shape is called a mode shape vector, and the mode shape vector of the m-th order mode is represented as {φ m }.

本発明において、MAC値とは、同一の解析対象(例えば構造物の数値解析モデル)同士の比較している2つのモードシェイプがどの程度一致しているかを定量的に示すものをいう。MAC値とは、次式   In the present invention, the MAC value is a value that quantitatively indicates how much the two mode shapes being compared between the same analysis target (for example, a numerical analysis model of a structure) match. MAC value is the following formula

により求められる。添え字Tは転置を示す。{φA}、{φB}はそれぞれモードシェイプベクトルを表しており、第A次モードと第B次モードを比較する場合、第A次モードのモードシェイプベクトル{φA}、第B次モードのモードシェイプベクトル{φB}が式(7)に代入される。MAC値は、0〜1の値をとり、1に近いほど2つのモードシェイプの相関が高いことを表し、0に近いほど2つのモードシェイプの相関が低いことを表す。相関を定量的に確認することで、数値解析モデルのどのモードとの相関が高いかを定量的に求めることができる。 Is required. The subscript T indicates transposition. {φ A } and {φ B } represent mode shape vectors, respectively, and when comparing the Ath order mode and the Bth order mode, the mode shape vector {φ A } and the Bth order mode of the Ath order mode Mode shape vector {φ B } is substituted into equation (7). The MAC value ranges from 0 to 1, and the closer to 1, the higher the correlation between the two mode shapes, and the closer to 0, the lower the correlation between the two mode shapes. By confirming the correlation quantitatively, it is possible to quantitatively determine which mode of the numerical analysis model the correlation is high.

本発明によれば、センサ単体で計測した振動データと、センサに任意の重量を追加したときの振動データを計測し、両者の変化からセンサがない状態の振動データを予測できるため、構造体の振動特性を計測するための実験モーダル解析の精度向上を図ることが可能となる。   According to the present invention, since vibration data measured by a single sensor and vibration data when an arbitrary weight is added to the sensor can be measured, and vibration data in the absence of the sensor can be predicted from the change between the two, It is possible to improve the accuracy of the experimental modal analysis for measuring the vibration characteristics.

本発明の実施形態の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of embodiment of this invention. 本発明の実施の手順の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the procedure of implementation of this invention. 従来の実験モーダル解析の手順例のブロック図である。It is a block diagram of the example of a procedure of the conventional experiment modal analysis. 5x5のMACマトリクスの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a 5x5 MAC matrix. 梁構造体の一例を示す。An example of a beam structure is shown. 梁構造体の第1次モードのモードシェイプの一例を示す。An example of the mode shape of the primary mode of a beam structure is shown. 梁構造体の第3次モードのモードシェイプの一例を示す。An example of the mode shape of the 3rd mode of a beam structure is shown. 単振動モデルの一例を示す。An example of a simple vibration model is shown. Δmの重量が追加された単振動モデルの一例を示す。An example of a simple vibration model to which a weight of Δm 1 is added is shown. ΔmとΔmの重量が追加された単振動モデルの一例を示す。An example of a simple vibration model in which weights of Δm 1 and Δm 2 are added is shown. 実施例1で平板と計測位置を示す傾斜図である。It is an inclination figure which shows a flat plate and a measurement position in Example 1. FIG. 加速度センサのみで計測された26箇所の計測点の伝達関数を示す。The transfer function of the 26 measurement points measured only with the acceleration sensor is shown. 加速度センサのみで計測された計測点5と計測点13の伝達関数である。It is a transfer function of the measurement point 5 and the measurement point 13 measured only by the acceleration sensor. 計測点5における、加速度センサのみの伝達関数と、付加重量時の伝達関数を示す。The transfer function of only the acceleration sensor at the measurement point 5 and the transfer function at the time of additional weight are shown. 計測点5における、加速度センサのみの伝達関数と、付加重量時の伝達関数と、センサ重量除去した伝達関数を示す。The transfer function of the acceleration sensor only at the measurement point 5, the transfer function at the time of additional weight, and the transfer function with the sensor weight removed are shown. センサ重量除去後の26箇所の計測点の伝達関数を示す。The transfer function of 26 measurement points after sensor weight removal is shown. センサ重量除去後の1次モードシェイプを示す。The primary mode shape after sensor weight removal is shown. センサ重量除去後の2次モードシェイプを示す。The secondary mode shape after sensor weight removal is shown. センサ重量除去後の3次モードシェイプを示す。The third mode shape after sensor weight removal is shown. 従来手法の1次モードシェイプを示す。The primary mode shape of the conventional method is shown. 従来手法の2次モードシェイプを示す。The secondary mode shape of the conventional method is shown. 従来手法の3次モードシェイプを示す。3 shows a third-order mode shape of a conventional method. 26箇所の計測点の伝達関数の解析結果を示す。The analysis result of the transfer function of 26 measurement points is shown. 解析の1次モードシェイプを示す。The primary mode shape of the analysis is shown. 解析の2次モードシェイプを示す。The secondary mode shape of the analysis is shown. 解析の3次モードシェイプを示す。The third mode shape of the analysis is shown.

以下、本発明の最良の実施形態の例について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an example of the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態の一例の構成を示すブロック図である。本実施形態において、図1に示すとおり、(100)はコンピュータやワークステーションなどの計算機、(101)はディスプレイ、(102)はキーボード、(103)はマウス、(104)は補助記憶装置である。(104)の補助記憶装置には、HDD(ハードディスクドライブ)装置やSSD(ソリッドステートドライブ)装置の他、テープ、FD(フレキシブルディスク)、MO(光磁気ディスク)、PD(相変化光ディスク)、CD(コンパクトディスク)、DVD(デジタル・バーサタイル・ディスク)、BD(ブルーレイディスク)などのディスクメモリー、USB(ユニバーサル・シリアル・バス)メモリー、メモリーカードなどのリムーバブルメディアも利用可能である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an example of an embodiment of the present invention. In this embodiment, as shown in FIG. 1, (100) is a computer such as a computer or workstation, (101) is a display, (102) is a keyboard, (103) is a mouse, and (104) is an auxiliary storage device. . The auxiliary storage device (104) includes HDD (hard disk drive) device and SSD (solid state drive) device, tape, FD (flexible disk), MO (magneto-optical disk), PD (phase change optical disk), CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc), Disc Memory such as BD (Blu-ray Disc), USB (Universal Serial Bus) Memory, Removable Media such as Memory Card are also available.

補助記憶装置104には、振動データを計測するためのプログラム105や形状データ106、振動データ107などが保存されている。   The auxiliary storage device 104 stores a program 105 for measuring vibration data, shape data 106, vibration data 107, and the like.

コンピュータやワークステーションなどの計算機100は、補助記憶装置104からプログラム105、形状データ106、振動データ107などを読み出すことができるデータ読み出し手段108を具備している。また、振動データ計測手段109、重量影響度算出手段110、センサ重量除去モーダルデータ計測手段111、出力手段112で構成されている。これら各手段は、計算機100の主記憶装置などの記憶手段に記憶されたプログラムのサブルーチンなどのモジュールとして実施されており、同様にこれらの手段が取り扱うデータは、記憶手段に揮発的または不揮発的に記憶される。   A computer 100 such as a computer or a workstation includes data reading means 108 that can read a program 105, shape data 106, vibration data 107, and the like from the auxiliary storage device 104. Further, it comprises a vibration data measuring means 109, a weight influence degree calculating means 110, a sensor weight removal modal data measuring means 111, and an output means 112. Each of these means is implemented as a module such as a subroutine of a program stored in a storage means such as a main storage device of the computer 100. Similarly, data handled by these means is volatile or nonvolatile in the storage means. Remembered.

振動データ計測用プログラム105は、ブリュエル・ケアー製“PULSE(登録商標)”などの市販の振動計測用ソフトウェアを使用することもできる。   The vibration data measurement program 105 may use commercially available vibration measurement software such as “PULSE (registered trademark)” manufactured by Brüel & Kjær.

形状データ106は、ユージーエス コーポレーション製“I−DEAS(登録商標)”のUNV形式など汎用の構造解析プリプロセッサーにより作成できるものであり、シェル要素、ソリッド要素などで表現する。もちろん、モデルデータを保存するファイルのフォーマットは節点、要素、要素プロパティ、材料プロパティなどが記述されるデータであれば、形状データ106の形式は限定しない。   The shape data 106 can be created by a general-purpose structural analysis preprocessor such as UNV format of “I-DEAS (registered trademark)” manufactured by UG Corporation, and is expressed by shell elements, solid elements, and the like. Of course, the format of the shape data 106 is not limited as long as the format of the file storing the model data is data in which nodes, elements, element properties, material properties, and the like are described.

振動データ107は、振動データ計測手段109において計測してもいいし、他のシステムで計測して、計算機100に読み込んで使用してもよい。   The vibration data 107 may be measured by the vibration data measuring unit 109 or may be measured by another system and read into the computer 100 for use.

図1の構成の場合、振動データ107は、振動データ計測手段109において、振動計測用プログラム105を用いて、計算機100に接続された計測器120の振動データを記録される。   In the case of the configuration of FIG. 1, the vibration data 107 is recorded as vibration data of the measuring instrument 120 connected to the computer 100 using the vibration measurement program 105 in the vibration data measuring means 109.

計測器120にはセンサ121が取り付けられており、センサ121を応答計測点に取り付けることで振動データを計測する。センサ121は少なくとも1つ必要であり、同じ種類のセンサでもよいし、変位センサ、速度センサ、加速度センサなど異なる種類のセンサを取り付けてもよい。   A sensor 121 is attached to the measuring instrument 120, and vibration data is measured by attaching the sensor 121 to a response measurement point. At least one sensor 121 is necessary, and the same type of sensor may be used, or different types of sensors such as a displacement sensor, a speed sensor, and an acceleration sensor may be attached.

また、計測器120を計算機100以外の計算機に接続し、振動データを計算機100に転送、コピーなど移動させてもよい。   Further, the measuring instrument 120 may be connected to a computer other than the computer 100, and the vibration data may be transferred to the computer 100 or moved by copying.

図2は本実施形態における実施の手順の一例を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a flowchart showing an example of an implementation procedure in the present embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図2を用いて説明する。本発明の実施形態は、実験モーダル解析を実施する構造体に対して、接触型センサを用いて振動データを取得するモーダルデータ計測工程210と、接触型センサに既知の重量を付加し振動データを取得する重量付加時モーダルデータ計測工程220と、前記モーダルデータ計測工程と前記重量付加時モーダルデータ計測工程との差と付加重量との関係式を構築する重量影響度算出工程230と、前記関係式を用いて、前記モーダルデータ計測工程で取得したデータから、センサ重量の影響を除去した振動データを取得するセンサ重量除去モーダルデータ算出工程240に大別される。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the embodiment of the present invention, a modal data measurement step 210 for acquiring vibration data using a contact sensor for a structure that performs an experimental modal analysis, and adding a known weight to the contact sensor to obtain vibration data. The weight addition modal data measurement step 220 to be obtained, the weight influence degree calculation step 230 for constructing a relational expression between the difference between the modal data measurement process and the weight addition modal data measurement process and the additional weight, and the relational expression The sensor weight removal modal data calculation step 240 for obtaining vibration data from which the influence of the sensor weight is removed from the data obtained in the modal data measurement step.

まず、モーダルデータ計測工程210について説明する。   First, the modal data measurement process 210 will be described.

接触型センサ取付手段211では、構造体の応答計測点に振動計測用のセンサを取り付ける。センサ重量Δmはカタログ値や計測値などで予め重量を調べておくとよい。 The contact-type sensor attachment means 211 attaches a vibration measurement sensor to the response measurement point of the structure. The sensor weight Δm 1 is preferably checked in advance using a catalog value or a measured value.

振動データA取得手段212では、構造物にハンマリングや加振機によって振動を与えセンサ情報を記憶して構造体の振動データを計測する。   The vibration data A acquisition unit 212 measures vibration data of the structure by applying vibration to the structure by hammering or a vibrator and storing sensor information.

次に、重量付加時モーダルデータ計測工程220について説明する。   Next, the weight addition modal data measurement step 220 will be described.

接触型センサ取付手段221では、構造体の応答計測点に振動計測用のセンサと任意の付加重量Δmを取り付ける。任意の付加重量Δmは、体積が極端に大きくなると取付部にモーメント荷重を与えたり、構造体の他の部分と接触して外乱となりうるので、鉄や鉛など密度が高いものを用いるのがよい。 The contact-type sensor attachment means 221 attaches a vibration measurement sensor and an arbitrary additional weight Δm 2 to the response measurement point of the structure. The optional additional weight Δm 2 can be applied with moment load to the mounting part when the volume becomes extremely large, or can be disturbed by coming into contact with other parts of the structure. Good.

振動データB取得手段222では、構造物にハンマリングや加振機によって振動を与えセンサ情報を記憶して構造体の振動データを計測する。   The vibration data B acquisition unit 222 applies vibration to the structure by hammering or a vibrator, stores sensor information, and measures vibration data of the structure.

前記振動データは、計測するセンサの種類により、変位、速度、加速度などが計測でき、
前記モーダルデータ計測工程と前記重量付加時モーダルデータ計測工程の応答を、応答計測点における計測するセンサで計測した変位、速度、加速度としてもいいし、微積分を用いて速度または加速度から計算した変位としてもいいし、微積分を用いて変位または加速度から計算した速度としてもいいし、微積分を用いて変位または速度から計算した加速度としてもいい。また、前記変位、速度、加速度を入力した加振力で割った、コンプライアンス、モビリティ、アクセレランスとしてもいいし、入力した加振力を前記変位、速度、加速度で割った、動剛性、機械インピーダンス、動質量としてもよい。応答にどの値を用いても違いは無く、所持しているセンサの種類や処理のしやすさなどから選定すればよいが、一般的にアクセレランスを使用することが多い。
The vibration data can measure displacement, speed, acceleration, etc. depending on the type of sensor to be measured,
The response of the modal data measurement step and the weight addition modal data measurement step may be displacement, velocity, acceleration measured by a sensor for measuring at a response measurement point, or displacement calculated from velocity or acceleration using calculus. Alternatively, it may be a velocity calculated from displacement or acceleration using calculus, or an acceleration calculated from displacement or velocity using calculus. The displacement, velocity, and acceleration may be referred to as compliance, mobility, and acceleration divided by the input excitation force, or the input excitation force divided by the displacement, velocity, and acceleration, dynamic stiffness, mechanical impedance Or dynamic mass. There is no difference regardless of which value is used for the response, and it may be selected based on the type of sensor possessed, ease of processing, etc., but generally acceleration is often used.

次に、重量影響度算出工程230について説明する。   Next, the weight influence degree calculation step 230 will be described.

重量影響度算出工程230では、モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差と付加重量との関係式を構築する。   In the weight influence degree calculation step 230, a relational expression between the difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the weight addition modal data measurement step and the additional weight is constructed.

振動データA特徴周波数選択手段231では、センサのみで計測した振動データAから固有振動数もしくは反共振周波数として周波数Ω1(i)を選択する。例えば、振動データAが加速度のデータでFFT処理をした伝達関数であった場合、加速度が極端に大きくなるピーク位置が固有振動数として認識され、加速度が極端に小さくなるピーク位置が反共振周波数として認識できる。 The vibration data A characteristic frequency selection means 231 selects the frequency Ω 1 (i) as the natural frequency or anti-resonance frequency from the vibration data A measured only by the sensor. For example, when the vibration data A is a transfer function obtained by performing FFT processing with acceleration data, the peak position where the acceleration is extremely large is recognized as the natural frequency, and the peak position where the acceleration is extremely small is the anti-resonance frequency. Can be recognized.

特徴周波数判別手段232では、周波数Ω1(i)が固有振動数であるか反共振周波数であるかを識別する。固有振動数の場合は、振動データB特徴周波数選択手段233を、反共振周波数の場合は、反共振周波数後処理手段235を実施する。 The characteristic frequency discriminating means 232 discriminates whether the frequency Ω 1 (i) is a natural frequency or an anti-resonance frequency. In the case of the natural frequency, the vibration data B characteristic frequency selection means 233 is executed, and in the case of the anti-resonance frequency, the anti-resonance frequency post-processing means 235 is executed.

振動データB特徴周波数選択手段233では、センサのみで計測した振動データBから固有振動数もしくは反共振周波数として周波数Ω2(i)を選択する。 The vibration data B characteristic frequency selection means 233 selects the frequency Ω 2 (i) as the natural frequency or anti-resonance frequency from the vibration data B measured only by the sensor.

固有振動数後処理工程234では、前記固有振動数Ω1(i)とΩ2(i)から理論式や実験式などを用いて真の共振周波数Ω(i)を算出する。 In the natural frequency post-processing step 234, the true resonance frequency Ω (i) is calculated from the natural frequencies Ω 1 (i) and Ω 2 (i) using theoretical formulas, empirical formulas, and the like.

理論式に重量−バネ系の単振動の式を用いる場合、重量m、バネ定数kの単純な単振動モデルは図8のように表され、固有振動数の理論式は式2のように示される。   When using the formula of weight-spring simple vibration as the theoretical formula, a simple simple vibration model with weight m and spring constant k is expressed as shown in FIG. 8, and the theoretical formula of natural frequency is shown as formula 2. It is.

前記単振動モデルにΔmの重量が追加された場合の単振動モデルは図9の様に表され、固有振動数の理論式は式3のように示される。 When the weight of Δm 1 is added to the simple vibration model, the simple vibration model is expressed as shown in FIG.

Δmをセンサ重量として考えれば、Ωは振動データAの固有振動数とできる。 Considering Δm 1 as the sensor weight, Ω 1 can be the natural frequency of vibration data A.

前記単振動モデルにΔmとΔmの重量が追加された場合の単振動モデルは図10の様に表され、固有振動数の理論式は式4のように示される。 When the weights of Δm 1 and Δm 2 are added to the simple vibration model, the simple vibration model is expressed as shown in FIG.

Δmを付加重量として考えれば、Ωは振動データBの固有振動数とできる。 Considering Δm 2 as an additional weight, Ω 2 can be the natural frequency of vibration data B.

式2、式3、式4から単振動の式の重量mを求めることができ、重量mの式を式5に示す。   The weight m of the simple vibration formula can be obtained from the formula 2, the formula 3, and the formula 4. The formula of the weight m is shown in the formula 5.

式5の右辺のΔΩは固有振動数Ωと固有振動数Ωとの差であり、振動データAと振動データBを計測すれば右辺には既知の変数のみとなるので重量mを算出できる。 ΔΩ 2 on the right side of Equation 5 is the difference between natural frequency Ω 1 and natural frequency Ω 2 , and if vibration data A and vibration data B are measured, only the known variable is found on the right side, so weight m is calculated. it can.

また、重量mが算出できれば式2を用いてバネ定数kも算出できる。   If the weight m can be calculated, the spring constant k can also be calculated using Equation 2.

よって、重量mとバネ定数kが分かれば式2を用いてセンサ重量や付加重量が無い状態の真の固有振動数Ωを算出できる。   Therefore, if the weight m and the spring constant k are known, the true natural frequency Ω in the state where there is no sensor weight or additional weight can be calculated using Equation 2.

また、理論式として質量−バネ−ダンピング系としてもいいし、2種類の付加重量がある状態から真の固有振動数を予測できる実験式を構築しておいてもよい。   Further, a theoretical formula may be a mass-spring-dumping system, or an experimental formula that can predict a true natural frequency from a state where there are two types of additional weights may be constructed.

反共振周波数後処理手段235では、付加重量の変化によって反共振周波数が変化しないと過程する場合に振動データAの反共振周波数Ω1(i)を真の反共振周波数Ω(i)として記録する。 The anti-resonance frequency post-processing means 235 records the anti-resonance frequency Ω 1 (i) of the vibration data A as the true anti-resonance frequency Ω (i) when it is assumed that the anti-resonance frequency does not change due to the change in the additional weight. .

本実施するための形態では、振動データに固有振動数と反共振周波数が顕著に現れている場合であり、前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数と反共振周波数の変化量とする。センサ重量や付加重量の影響で変化しやすい固有振動数の変化量をΔΩとし、センサ重量や付加重量の影響で変化しにくい反共振周波数の変化量を0としている。 In this embodiment, the natural frequency and the anti-resonance frequency are remarkably shown in the vibration data, and the vibration data acquired in the modal data measurement step and the weight addition modal data measurement step are acquired. The difference from the obtained vibration data is defined as the amount of change in the natural frequency and antiresonance frequency. The sensor weight and the amount of change likely natural frequency changes by the influence of the added weight and [Delta] [omega 2, a variation of the anti-resonance frequency hardly changes under the influence of the sensor weight and the added weight is set to 0.

また、付加重量の変化によって反共振周波数も固有振動数と同様に変化するとした場合、前記理論式を用いて真の反共振周波数を求めてもよいし、新たな理論式や実験式を構築して、真の反共振周波数を求めてもよい。また、振動データに反共振周波数が顕著に現れていない場合や簡易的に計算を行いたい場合に、前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数の変化量のみとしてもよい。   If the anti-resonance frequency also changes in the same way as the natural frequency due to the change in added weight, the true anti-resonance frequency may be obtained using the above theoretical formula, or a new theoretical formula or experimental formula is constructed. Thus, the true anti-resonance frequency may be obtained. In addition, when the anti-resonance frequency does not appear remarkably in the vibration data or when it is desired to perform a simple calculation, the vibration data acquired in the modal data measurement step and the weight addition modal data measurement step are acquired. The difference from the vibration data may be only the change amount of the natural frequency.

重量影響度算出終了判定手段236では、振動データAもしくは振動データBもしくは両方の振動データから全てもしくは指定された全ての固有振動数と反共振周波数が抽出されたかを判定する。全てもしくは指定された全ての固有振動数と反共振周波数が抽出されていなければ振動データ特徴周波数選択手段231に戻り処理を繰り返す。   The weight influence degree calculation end determination means 236 determines whether all or all of the designated natural frequencies and anti-resonance frequencies have been extracted from the vibration data A or vibration data B or both vibration data. If all or all the specified natural frequencies and anti-resonance frequencies have not been extracted, the process returns to the vibration data feature frequency selection means 231 and the process is repeated.

最後に、センサ重量除去モーダルデータ算出工程240について説明する。   Finally, the sensor weight removal modal data calculation step 240 will be described.

振動データ原点合わせ手段241では、振動データAの周波数Ω1(0)と真の周波数Ω(0)を0Hzとする。また、同じ周波数であれば0Hz以外の周波数でもよい。 The vibration data origin matching means 241 sets the frequency Ω 1 (0) and the true frequency Ω (0) of the vibration data A to 0 Hz. Moreover, if it is the same frequency, frequencies other than 0 Hz may be sufficient.

振動データ補正手段242では、振動データAの周波数Ω1(j-1)からΩ1(j)までのデータを真の周波数Ω(j-1)からΩ(j)までのデータに補正する。 The vibration data correction unit 242 corrects the data of the vibration data A from the frequency Ω 1 (j−1) to Ω 1 (j) to the data of the true frequency Ω (j−1) to Ω (j) .

例えば、振動データAが1Hz刻みで計測されており、振動データAの周波数Ω1(1)=10、Ω1(2)=50であり、真の周波数Ω(1)=20からΩ(2)=70のとき、振動データAの10Hzを20Hzに補正し、50Hzを70Hzに補正する。Ω1(j-1)からΩ1(j)の間の周波数を線形に補正する場合は、式6などを用いて振動データAの周波数25Hzを38.75Hzに補正することもできる。 For example, vibration data A is measured in increments of 1 Hz, the frequency Ω 1 (1) = 10, Ω 1 (2) = 50 of vibration data A, and the true frequency Ω (1) = 20 to Ω (2 When = 70, 10 Hz of vibration data A is corrected to 20 Hz, and 50 Hz is corrected to 70 Hz. When linearly correcting the frequency between Ω 1 (j−1) and Ω 1 (j) , the frequency 25 Hz of the vibration data A can be corrected to 38.75 Hz using Equation 6 or the like.

センサ重量除去モーダルデータ算出終了判定手段243では、振動データAの周波数Ω1(j)を全てもしくは指定された全てのデータを処理したかを判定する。全てもしくは指定された全ての周波数を処理していなければ振動データ補正手段242に戻り処理を繰り返す。処理が終わればセンサ重量除去モーダルデータ算出手段231が終了する。 The sensor weight removal modal data calculation end determination means 243 determines whether all of the frequency Ω 1 (j) of the vibration data A or all specified data has been processed. If all or all of the designated frequencies have not been processed, the process returns to the vibration data correcting means 242 and the processing is repeated. When the processing is completed, the sensor weight removal modal data calculation means 231 ends.

前記実施するための形態では、付加重量の違いにより周波数のみ補正しているが、付加重量の違いにより変位や加速度などの計測データの大きさの変化量も変化するケースについて、より正確に振動データの補正を行いたい場合、前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数と反共振周波数の変化量と、応答の大きさの変化量として計算式を構築し、周波数とあわせて実測データの大きさも合わせて補正してもよいし、振動データに反共振周波数が顕著に現れていない場合や簡易的に計算を行いたい場合に、固有振動数の変化量と、応答の大きさの変化量として計算式を構築し、周波数とあわせて実測データの大きさも合わせて補正してもよい。   In the mode for carrying out the above, only the frequency is corrected due to the difference in the additional weight. When it is desired to perform the correction, the difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the weight-added modal data measurement step, the change in natural frequency and anti-resonance frequency, A calculation formula can be constructed as the amount of change in the response magnitude, and the magnitude of the measured data can be corrected together with the frequency, or when the anti-resonance frequency does not appear remarkably in the vibration data or simply calculated If you want to perform a calculation, you can construct a calculation formula for the amount of change in the natural frequency and the amount of change in the response, and correct the size of the measured data together with the frequency.

[実施例1]
図11に示す平板1100を用いて、本発明の実施例を示す。
[Example 1]
The Example of this invention is shown using the flat plate 1100 shown in FIG.

図11は計測の対象となる横幅100mm、高さ100mm、厚み5mm、重さ117gの鉄製の平板である。鉄の物性データは、ヤング率が210GPa、ポアソン比0.3、密度7.8×10−6kg/mmである。 FIG. 11 shows an iron flat plate having a width of 100 mm, a height of 100 mm, a thickness of 5 mm, and a weight of 117 g to be measured. The physical property data of iron has a Young's modulus of 210 GPa, a Poisson's ratio of 0.3, and a density of 7.8 × 10 −6 kg / mm 3 .

平板1100の固有振動数とモードシェイプを計測するため、1加振多点応答の実験モーダル解析を用いてデータを収集する。図11の計測点1(1101)〜26(1126)にセンサ重量1gの加速度センサを用いて振動データを計測する。加振点は計測点1126をハンマリングによりインパルス入力を与え加振する。   In order to measure the natural frequency and mode shape of the flat plate 1100, data is collected using an experimental modal analysis of a single excitation multipoint response. Vibration data is measured using an acceleration sensor having a sensor weight of 1 g at measurement points 1 (1101) to 26 (1126) in FIG. As the excitation point, the measurement point 1126 is excited by applying an impulse input by hammering.

まず、加速度センサのみを計測点1〜26に順に取り付け、伝達関数などのモーダルデータを計測する。   First, only the acceleration sensor is attached to the measurement points 1 to 26 in order, and modal data such as a transfer function is measured.

つぎに、加速度センサに2gの重りを取り付け、全重量3gとした加速度センサを用いて、計測点1〜26に順に取り付け、重量付加時のモーダルデータを取得する。   Next, a 2 g weight is attached to the acceleration sensor, and an acceleration sensor having a total weight of 3 g is used to sequentially attach to the measurement points 1 to 26, and modal data at the time of weight addition is acquired.

加速度センサのみで計測された26個のアクセレランスの伝達関数を全て重ね合わせたものを図12に示す。アクセレランスとは、応答値である加速度を入力値の力で割った値であり、単位はm/s/Nとなる。ここで、応答値は加速度センサが受けた加速度、入力値はハンマの打撃力である。本実施例中の伝達関数は横軸に周波数、縦軸にアクセレランスを示している。アクセレランスが大きいほど入力に対する応答値が大きく、小さな入力であっても大きく振動していることを意味する。伝達関数上でアクセレランスが極端に大きくなっている箇所、つまり上に凸のピークになっている周波数が固有振動数である。また、アクセレランスが極端に小さくなっている箇所、つまり下に凸のピークになっている周波数が反共振周波数である。また、加速度センサのみで計測された計測点5の伝達関数1301、計測点13の伝達関数1302を図13に示す。 FIG. 12 shows a superposition of all 26 acceleration transfer functions measured only by the acceleration sensor. The acceleration is a value obtained by dividing the acceleration as a response value by the force of the input value, and the unit is m / s 2 / N. Here, the response value is the acceleration received by the acceleration sensor, and the input value is the hammer impact force. In the transfer function in this embodiment, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents acceleration. The greater the tolerance, the greater the response value to the input, which means that even a small input vibrates greatly. A place where the acceleration is extremely large on the transfer function, that is, a frequency having a convex peak is the natural frequency. Further, a place where the acceleration is extremely small, that is, a frequency having a downward convex peak is an anti-resonance frequency. FIG. 13 shows the transfer function 1301 at the measurement point 5 and the transfer function 1302 at the measurement point 13 measured only by the acceleration sensor.

図12の伝達関数から固有振動数の周波数の位置に、上に凸のピークが検出されていることが分かる。しかし、480Hz付近、700Hz付近、900Hz付近の固有振動数は、1201、1202、1203に示すように計測点によって周波数がズレ、一致していないことが分かる。固有振動数は、構造物を自由に振動させた際に検出される、特定の振動である。本来、構造体のどの箇所を計測しても同じ固有振動数が検出されるので、伝達関数においても固有振動数の周波数の位置にアクセレランスの上に凸のピークが揃うはずである。   It can be seen from the transfer function of FIG. 12 that an upwardly convex peak is detected at the frequency of the natural frequency. However, it can be seen that the natural frequencies near 480 Hz, 700 Hz, and 900 Hz are shifted in frequency and do not coincide with each other as indicated by 1201, 1202, and 1203. The natural frequency is a specific vibration detected when the structure is vibrated freely. Originally, the same natural frequency is detected no matter where the structure is measured. Therefore, in the transfer function, a convex peak on the tolerance should be aligned at the frequency position of the natural frequency.

計測点5における加速度センサのみで計測された伝達関数1401と、重量付加時の伝達関数1402を図14に示す。   FIG. 14 shows a transfer function 1401 measured by only the acceleration sensor at the measurement point 5 and a transfer function 1402 when weight is added.

加速度センサの重量が変わることで同じ計測点においても固有振動数が変化し、上に凸のピークの周波数がズレ1403、1404を生じていることが分かる。   It can be seen that the natural frequency changes even at the same measurement point due to the change in the weight of the acceleration sensor, and the frequencies of the upwardly convex peaks cause deviations 1403 and 1404.

しかし、今回の計測条件では、反共振周波数すなわち下に凸のピークのズレが見られないことから、センサ重量の反共振周波数への影響が少ないと考え、固有振動数のみの補正を行う。   However, since there is no deviation of the anti-resonance frequency, that is, the convex peak in the current measurement condition, it is considered that the influence of the sensor weight on the anti-resonance frequency is small, and only the natural frequency is corrected.

計測点5において検出される低周波側から1つ目の固有振動数は、図14から、加速度センサのみでは488.5Hz、重量付加時には461.7Hzである。   From FIG. 14, the first natural frequency detected at the measurement point 5 from the low frequency side is 488.5 Hz when only the acceleration sensor is used, and 461.7 Hz when weight is added.

式2〜5を用いてセンサ重量除去した固有振動数503.8Hzを算出する。   The natural frequency 503.8 Hz with the sensor weight removed is calculated using Equations 2-5.

同様にして全計測点の検出される固有振動数についてセンサ重量除去した固有振動数を算出する。   Similarly, the natural frequency obtained by removing the sensor weight is calculated for the natural frequencies detected at all measurement points.

次に、式6を用いて加速度センサのみの伝達関数を補正し、センサ重量除去した伝達関数を求める。図15に計測点5における加速度センサのみの伝達関数1501と重量付加時の伝達関数1502とセンサ重量除去した伝達関数1503を示す。   Next, the transfer function of only the acceleration sensor is corrected using Equation 6, and the transfer function with the sensor weight removed is obtained. FIG. 15 shows a transfer function 1501 of only the acceleration sensor at the measurement point 5, a transfer function 1502 when weight is added, and a transfer function 1503 after removing the sensor weight.

前記センサ重量除去した伝達関数1503は、加速度センサのみの伝達関数1501の0Hz〜1次固有振動数488.5Hzを0H〜1次固有振動数503.8Hzに補正し、加速度センサのみの伝達関数1501の1次固有振動数488.5Hz〜1次反共振周波数600Hzを503.8Hz〜600Hzに補正し、加速度センサのみの伝達関数1501の1次反共振周波数600Hz〜3次固有振動数877.9Hzを600Hz〜908.5Hzに補正し、加速度センサのみの伝達関数1501の3次固有振動数877.9Hz〜1000Hzを908.5Hz〜1000Hzに補正した。   The transfer function 1503 with the sensor weight removed is obtained by correcting the transfer function 1501 of the acceleration sensor only from 0 Hz to the primary natural frequency of 488.5 Hz to 0H to the primary natural frequency of 503.8 Hz, and the transfer function 1501 of the acceleration sensor only. The primary natural frequency of 488.5 Hz to the primary antiresonance frequency of 600 Hz is corrected to 503.8 Hz to 600 Hz, and the primary antiresonance frequency of the transfer function 1501 of the acceleration sensor alone is set to 600 Hz to the tertiary natural frequency of 877.9 Hz. Correction was made to 600 Hz to 908.5 Hz, and the third natural frequency of 877.9 Hz to 1000 Hz of the transfer function 1501 of the acceleration sensor alone was corrected to 908.5 Hz to 1000 Hz.

また、センサ重量除去した26箇所の計測点の伝達関数を全て重ね合わせたものを図16に示す。   Further, FIG. 16 shows a superposition of all the transfer functions of the 26 measurement points from which the sensor weight has been removed.

図16のセンサ重量除去後の伝達関数から、固有振動数の周波数の位置に、上に凸のピークが検出されているが、480Hz付近、700Hz付近、900Hz付近の固有振動数は、計測点によらず一致しており、固有振動数におけるセンサ重量の影響が除去されていることが分かる。   From the transfer function after removing the sensor weight in FIG. 16, a convex peak is detected at the position of the frequency of the natural frequency, but the natural frequencies near 480 Hz, 700 Hz, and 900 Hz are measured at the measurement points. Regardless of the fact, it can be seen that the influence of the sensor weight on the natural frequency is eliminated.

センサ重量除去後の伝達関数を用いてモードシェイプを作成し、1次のモードシェイプ1701を図17に、2次のモードシェイプ1801を図18に、3次のモードシェイプ1901を図19に示す。このとき、1次の固有振動数は503.9Hz、2次の固有振動数は733.8Hz、3次の固有振動数は909.8Hzとした。
[比較例1]
実施例1の平板1100について、従来手法である加速度センサのみの伝達関数から固有振動数とモードシェイプを検出した一例を説明する。
A mode shape is created using the transfer function after removing the sensor weight, and the first-order mode shape 1701 is shown in FIG. 17, the second-order mode shape 1801 is shown in FIG. 18, and the third-order mode shape 1901 is shown in FIG. At this time, the primary natural frequency was 503.9 Hz, the secondary natural frequency was 733.8 Hz, and the third natural frequency was 909.8 Hz.
[Comparative Example 1]
An example in which the natural frequency and the mode shape are detected from the transfer function of only the acceleration sensor, which is a conventional method, for the flat plate 1100 of the first embodiment will be described.

加速度センサのみで計測された26個のアクセレランスの伝達関数を全て重ね合わせた図12の伝達関数1200を用いてモードシェイプを作成する。しかし、固有振動数が計測点によってズレており、固有振動数を求めることも困難であるが、1次の固有振動数を488.5Hz、2次の固有振動数を718.1Hz、3次の固有振動数を909.4Hzとして、モードシェイプを作成し、1次のモードシェイプ2001を図20に、2次のモードシェイプ2101を図21に、3次のモードシェイプ2201を図22に示す。
[まとめ]
平板モデルの固有振動数とモードシェイプをダッソー システムズ社製汎用構造解析ソフトウエア“Abaqus(登録商標)”を用いて固有値解析を実施して求めた。本解析結果をセンサが取り付けられていないときの真の固有振動数とモードシェイプとする。
A mode shape is created using the transfer function 1200 of FIG. 12 in which all the 26 acceleration transfer functions measured only by the acceleration sensor are superimposed. However, the natural frequency is shifted by the measurement point, and it is difficult to obtain the natural frequency. However, the primary natural frequency is 488.5 Hz, the secondary natural frequency is 718.1 Hz, and the 3rd order natural frequency. A mode shape is created with a natural frequency of 909.4 Hz, the first order mode shape 2001 is shown in FIG. 20, the second order mode shape 2101 is shown in FIG. 21, and the third order mode shape 2201 is shown in FIG.
[Summary]
The natural frequency and mode shape of the flat plate model were obtained by performing eigenvalue analysis using general-purpose structural analysis software “Abacus (registered trademark)” manufactured by Dassault Systèmes. Let this analysis result be the true natural frequency and mode shape when the sensor is not attached.

解析結果からの伝達関数を図23に示す。   The transfer function from the analysis result is shown in FIG.

解析結果では、0Hz〜1000Hzまでの間に、1次モード503.7Hz、2次モード734.5Hz、3次モード910.0Hzの3つの固有振動数が存在することが分かる。   From the analysis results, it is understood that there are three natural frequencies of the primary mode 503.7 Hz, the secondary mode 734.5 Hz, and the tertiary mode 910.0 Hz between 0 Hz and 1000 Hz.

本発明を用いて計測した実施例1の固有振動数との一致率を見ると、1次モード100.03%、2次モード99.90%、3次モード99.98%となり高精度で補正できていることが分かる。   Looking at the coincidence rate with the natural frequency of Example 1 measured using the present invention, the primary mode is 100.03%, the secondary mode is 99.90%, and the tertiary mode is 99.98%, which is corrected with high accuracy. You can see that it is made.

従来の方法で計測した比較例1の固有振動数との一致率を見ると、1次モード96.98%、2次モード97.77%、3次モード99.93%となり、数%のズレが見られるところもある。   Looking at the coincidence rate with the natural frequency of Comparative Example 1 measured by the conventional method, the primary mode is 96.98%, the secondary mode is 97.77%, and the tertiary mode is 99.93%, which is a deviation of several percent. There are places where you can see.

また、解析結果から求めた1次のモードシェイプ2401を図24に、2次のモードシェイプ2501を図25に、3次のモードシェイプ2601を図26に示す。   FIG. 24 shows the primary mode shape 2401 obtained from the analysis result, FIG. 25 shows the secondary mode shape 2501, and FIG. 26 shows the tertiary mode shape 2601.

本発明を用いて作成した1次のモードシェイプ1701、2次のモードシェイプ1801、3次のモードシェイプ1901と、解析結果の1次のモードシェイプ2401、2次のモードシェイプ2501、3次のモードシェイプ2601のモードシェイプはよく一致しており、モードシェイプ間の一致率を示すMAC値(0:まったく一致していない、1:完全に一致している)を求めると、1次モード0.991、2次モード0.994、3次モード0.983となり、数値的にも一致していることを確認できる。   First-order mode shape 1701, second-order mode shape 1801, third-order mode shape 1901 and first-order mode shape 2401, second-order mode shape 2501, third-order mode created by using the present invention The mode shapes of the shapes 2601 are well matched, and when the MAC value (0: not matched at all, 1: matched completely) indicating the match rate between the mode shapes is obtained, the primary mode 0.991 is obtained. The secondary mode 0.994 and the tertiary mode 0.983 are obtained, and it can be confirmed that the numerical values also coincide.

従来の方法で作成した1次モードシェイプ2001、2次のモードシェイプ2101、3次のモードシェイプ2201と、解析結果の1次のモードシェイプ2401、2次のモードシェイプ2501、3次のモードシェイプ2601のモードシェイプは部分的に変位量が一致しているが、全体的な形状が一致しておらず、MAC値を計算しても、1次モード0.655、2次モード0.578、3次モード0.180となり、数値的にも一致率が低いことが分かる。   The primary mode shape 2001, the secondary mode shape 2101, the tertiary mode shape 2201, and the primary mode shape 2401, the secondary mode shape 2501, and the tertiary mode shape 2601 of the analysis result created by the conventional method. In the mode shape, the displacement amounts partially match, but the overall shapes do not match, and even if the MAC value is calculated, the primary mode 0.655, the secondary mode 0.578, 3 The next mode is 0.180, and it is understood that the coincidence rate is low numerically.

モードシェイプは、伝達関数から求められ、各計測箇所の応答値と位相を変位に変換し、各計測箇所の変形量を組み合わせることで構造物全体のモードシェイプを計算できる。   The mode shape is obtained from the transfer function, and the mode shape of the entire structure can be calculated by converting the response value and phase of each measurement location into displacement and combining the deformation amount of each measurement location.

従来の方法でモードシェイプが一致しなかった最大の原因は、センサ重量の影響で計測点毎に固有振動数が一致していなかったためである。モードシェイプ作成時に固有振動数を特定しても、固有振動数に一致する計測点は、伝達関数のピークの先端を検出できるので正しい変形量が抽出できる。しかし、固有値振動数に一致していない計測点は、伝達関数のピークとはズレた位置の周波数での応答値を検出するため、本来の変形量より小さい値しか抽出できない。よって、全ての変位量をあわせてモードシェイプを作成した際に本来の形状を表すことが出来ない。   The biggest reason why the mode shapes do not match in the conventional method is that the natural frequencies do not match for each measurement point due to the influence of the sensor weight. Even if the natural frequency is specified when creating the mode shape, the correct deformation amount can be extracted because the peak of the transfer function can be detected at the measurement point that matches the natural frequency. However, since the measurement point that does not match the natural frequency is detected as a response value at a frequency shifted from the peak of the transfer function, only a value smaller than the original deformation amount can be extracted. Therefore, when a mode shape is created by combining all the displacement amounts, the original shape cannot be expressed.

従来の方法では、センサ重量の影響で計測箇所によって固有振動数が一致しておらず、図12から、1次モードで488.5Hz〜502.4Hzでズレており、488.5Hzから約2.8%のズレ幅であってもモードシェイプを正しく検出できない。したがって、多少でも固有振動数のズレつまりピークのズレがあると、全体の解析に大きな影響を及ぼすことになる。   In the conventional method, the natural frequency does not match depending on the measurement location due to the influence of the sensor weight, and is shifted from 488.5 Hz to 502.4 Hz in the primary mode from FIG. Even if the width is 8%, the mode shape cannot be detected correctly. Therefore, any deviation of the natural frequency, that is, the deviation of the peak, has a great influence on the entire analysis.

本発明では、固有振動数のズレを補正し伝達関数のピークを一致させるため、センサ重量の影響を除去した正しいモードシェイプが検出できる。   In the present invention, since the deviation of the natural frequency is corrected and the peaks of the transfer functions are made coincident, a correct mode shape from which the influence of the sensor weight is removed can be detected.

100:計算機
101:ディスプレイ
102:キーボード
103:マウス
104:補助記憶装置
105:プログラム
106:形状データ
107:材料データ
108:データ読み出し手段
109:振動データ計測手段
110:重量影響度算出手段
111:センサ重量除去モーダルデータ取得手段
112:出力手段
120:計測器
121:センサ
210:モーダルデータ計測工程
211:接触型センサ取付手段
212:振動データA取得手段
220:重量付加時モーダルデータ計測工程
221:接触型センサ取付手段
222:振動データB取得手段
230:重量影響度算出工程
231:振動データA特徴周波数選択手段
232:特徴周波数判別手段
233:振動データB特徴周波数選択手段
234:固有振動数後処理工程
235:反共振周波数後処理手段
236:重量影響度算出終了判定手段
240:センサ重量除去モーダルデータ算出工程
241:振動データ原点合わせ手段
242:振動データ補正手段
243:センサ重量除去モーダルデータ算出終了判定手段
301:試作工程
302:応答計測点・加振点決定工程
303:相関解析工程
304:MAC閾値判定工程
305:伝達関数測定工程
306:モーダルパラメータ同定工程
307:振動特性
311:数値解析モデル作成工程
312:固有値解析工程
400:MACマトリクス
501:梁の構造体
502:応答計測点1
503:応答計測点2
504:応答計測点3
505:応答計測点4
506:応答計測点5
601:梁の構造体501の第1次モードのモードシェイプ
602:応答計測点1
603:応答計測点2
604:応答計測点3
605:応答計測点4
606:応答計測点5
701:梁の構造体501の第3次モードのモードシェイプ
702:応答計測点1
703:応答計測点2
704:応答計測点3
705:応答計測点4
706:応答計測点5
800:単振動モデル
801:重量m
802:バネk
803:固定端
900:Δmの重量が追加された単振動モデル
901:重量m
902:バネk
903:固定端
904:追加重量Δm
1000:ΔmとΔmの重量が追加された場合の単振動モデル
1001:重量m
1002:バネk
1003:固定端
1004:追加重量Δm
1005:追加重量Δm
1100:平板
1101:計測点1
1102:計測点2
1103:計測点3
1104:計測点4
1105:計測点5
1106:計測点6
1107:計測点7
1108:計測点8
1109:計測点9
1110:計測点10
1111:計測点11
1112:計測点12
1113:計測点13
1114:計測点14
1115:計測点15
1116:計測点16
1117:計測点17
1118:計測点18
1119:計測点19
1120:計測点20
1121:計測点21
1122:計測点22
1123:計測点23
1124:計測点24
1125:計測点25
1126:計測点26及び加振点
1200:加速度センサのみで計測された26箇所の計測点の伝達関数
1201:加速度センサのみで計測された26箇所の計測点における1次モードの固有振動数
1202:加速度センサのみで計測された26箇所の計測点における2次モードの固有振動数
1203:加速度センサのみで計測された26箇所の計測点における3次モードの固有振動数
1300:加速度センサのみで計測された計測点5と計測点13の伝達関数
1301:加速度センサのみで計測された計測点5の伝達関数
1302:加速度センサのみで計測された計測点13の伝達関数
1400:計測点5の伝達関数
1401:計測点5における加速度センサのみで計測された伝達関数
1402:計測点5における重量付加時の伝達関数
1403:計測点5における加速度センサのみで計測された伝達関数の1次モードの固有振動数と、重量付加時の伝達関数の1次モードの固有振動数のズレ
1404:計測点5における加速度センサのみで計測された伝達関数の3次モードの固有振動数と、重量付加時の伝達関数の3次モードの固有振動数のズレ
1500:計測点5の伝達関数
1501:計測点5における加速度センサのみの伝達関数
1502:計測点5における重量付加時の伝達関数
1503:計測点5におけるセンサ重量除去した伝達関数
1600:センサ重量除去した26箇所の計測点の伝達関数
1701:センサ重量除去後の1次モードシェイプ
1801:センサ重量除去後の2次モードシェイプ
1901:センサ重量除去後の3次モードシェイプ
2001:従来手法の1次モードシェイプ
2101:従来手法の2次モードシェイプ
2201:従来手法の3次モードシェイプ
2300:解析の伝達関数
2401:解析の1次モードシェイプ
2501:解析の2次モードシェイプ
2601:解析の3次モードシェイプ
100: computer 101: display 102: keyboard 103: mouse 104: auxiliary storage device 105: program 106: shape data 107: material data 108: data reading means 109: vibration data measuring means 110: weight influence degree calculating means 111: sensor weight Removal modal data acquisition means 112: output means 120: measuring instrument 121: sensor 210: modal data measurement step 211: contact type sensor mounting means 212: vibration data A acquisition means 220: modal data measurement step 221 at the time of weight addition: contact type sensor Attachment means 222: Vibration data B acquisition means 230: Weight influence degree calculation step 231: Vibration data A feature frequency selection means 232: Feature frequency discrimination means 233: Vibration data B feature frequency selection means 234: Natural frequency post-processing step 235: After anti-resonance frequency Processing means 236: Weight influence degree calculation end determination means 240: Sensor weight removal modal data calculation step 241: Vibration data origin adjustment means 242: Vibration data correction means 243: Sensor weight removal modal data calculation end determination means 301: Prototype step 302: Response measurement point / excitation point determination step 303: correlation analysis step 304: MAC threshold determination step 305: transfer function measurement step 306: modal parameter identification step 307: vibration characteristic 311: numerical analysis model creation step 312: eigenvalue analysis step 400: MAC matrix 501: Beam structure 502: Response measurement point 1
503: Response measurement point 2
504: Response measurement point 3
505: Response measurement point 4
506: Response measurement point 5
601: Mode shape 602 of first-order mode of beam structure 501: Response measurement point 1
603: Response measurement point 2
604: Response measurement point 3
605: Response measurement point 4
606: Response measurement point 5
701: Mode shape 702 of the third mode of the beam structure 501: Response measurement point 1
703: Response measurement point 2
704: Response measurement point 3
705: Response measurement point 4
706: Response measurement point 5
800: Simple vibration model 801: Weight m
802: Spring k
803: Fixed end 900: Simple vibration model 901 with weight of Δm 1 added: Weight m
902: Spring k
903: Fixed end 904: Additional weight Δm 1
1000: Simple vibration model when weights of Δm 1 and Δm 2 are added 1001: Weight m
1002: Spring k
1003: Fixed end 1004: Additional weight Δm 1
1005: Additional weight Δm 2
1100: Flat plate 1101: Measurement point 1
1102: Measurement point 2
1103: Measurement point 3
1104: Measurement point 4
1105: Measurement point 5
1106: Measurement point 6
1107: Measurement point 7
1108: Measurement point 8
1109: Measurement point 9
1110: Measurement point 10
1111: Measurement point 11
1112: Measurement point 12
1113: Measurement point 13
1114: Measurement point 14
1115: Measurement point 15
1116: Measurement point 16
1117: Measurement point 17
1118: Measurement point 18
1119: Measurement point 19
1120: Measurement point 20
1121: Measurement point 21
1122: Measurement point 22
1123: Measurement point 23
1124: Measurement point 24
1125: Measurement point 25
1126: Measurement point 26 and excitation point 1200: Transfer function 120 of 26 measurement points measured by only the acceleration sensor 1201: Natural frequency 1202 of the primary mode at the 26 measurement points measured only by the acceleration sensor: Natural frequency 1202 in the secondary mode at 26 measurement points measured only with the acceleration sensor: Natural frequency 1300 in the tertiary mode at 26 measurement points measured only with the acceleration sensor: Measured only with the acceleration sensor Transfer function 1301 between measurement point 5 and measurement point 13 1: Transfer function 1302 at measurement point 5 measured only with an acceleration sensor: Transfer function 1400 at measurement point 13 measured only with an acceleration sensor: Transfer function 1401 at measurement point 5 : Transfer function 1402 measured only by acceleration sensor at measurement point 5: Transfer function 1 when weight is added at measurement point 5 03: Deviation between the natural frequency of the primary mode of the transfer function measured only by the acceleration sensor at the measurement point 5 and the natural frequency of the primary mode of the transfer function when the weight is added 1404: Only the acceleration sensor at the measurement point 5 The difference between the natural frequency of the third-order mode of the transfer function measured in step 1 and the natural frequency of the third-order mode of the transfer function when weight is added 1500: transfer function 1501 of the measurement point 5 1: only the acceleration sensor at the measurement point 5 Transfer function 1502: Transfer function 1503 when weight is added at measurement point 5: Transfer function with sensor weight removed at measurement point 5 1600: Transfer function at 26 measurement points with sensor weight removed 1701: Primary mode after sensor weight removal Shape 1801: Secondary mode shape after sensor weight removal 1901: Third-order mode shape after sensor weight removal 2001: Conventional method First-order mode shape 2101: Conventional method second-order mode shape 2201: Conventional method third-order mode shape 2300: Analysis transfer function 2401: Analysis first-order mode shape 2501: Analysis second-order mode shape 2601: Analysis third-order mode Mode shape

Claims (9)

構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法であって、
接触型センサを用いて構造物の振動データを取得するモーダルデータ計測工程と、
前記接触型センサに既知の重量を付加し構造物の振動データを取得する重量付加時モーダルデータ計測工程と、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差と付加重量との関係式を構築する重量影響度算出工程と、
前記重量影響度算出工程で算出した関係式を用いて、前記モーダルデータ計測工程で取得した振動データから、センサ重量の影響を除去した構造物の振動データを取得するセンサ重量除去モーダルデータ算出工程とを有する、
構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法。
An experimental modal analysis method for analyzing vibration characteristics of a structure,
A modal data measurement process for acquiring vibration data of a structure using a contact sensor;
Weight addition modal data measurement step of adding a known weight to the contact sensor and acquiring vibration data of the structure;
A weight influence degree calculating step of constructing a relational expression between the difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the modal data measurement step at the time of weight addition and the additional weight;
A sensor weight removal modal data calculation step for obtaining vibration data of a structure from which the influence of the sensor weight is removed from the vibration data obtained in the modal data measurement step using the relational expression calculated in the weight influence degree calculation step; Having
Experimental modal analysis method for analyzing vibration characteristics of structures.
前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数の変化量とする、請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法。
In the weight influence degree calculating step,
2. The vibration of the structure according to claim 1, wherein a difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the weight addition modal data measurement step is a change amount of the natural frequency. Experimental modal analysis method for analyzing characteristics.
前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数と反共振周波数の変化量とする請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法。
In the weight influence degree calculating step,
The structure according to claim 1, wherein a difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the weight-added modal data measurement step is a change amount of the natural frequency and the antiresonance frequency. An experimental modal analysis method for analyzing body vibration characteristics.
前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数の変化量と、応答の大きさの変化量とする、請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法。
In the weight influence degree calculating step,
The difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the weight-added modal data measurement step is defined as a change amount of the natural frequency and a change amount of the response. An experimental modal analysis method for analyzing vibration characteristics of the structure according to item 1.
前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測工程で取得された振動データとの差を、固有振動数と反共振周波数の変化量と、応答の大きさの変化量とする請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法。
In the weight influence degree calculating step,
The difference between the vibration data acquired in the modal data measurement step and the vibration data acquired in the modal data measurement step at the time of weight addition, the amount of change in natural frequency and anti-resonance frequency, and the amount of change in response An experimental modal analysis method for analyzing vibration characteristics of the structure according to claim 1.
前記重量影響度算出工程において、
前記モーダルデータ計測工程と前記重量付加時モーダルデータ計測工程の応答を、応答計測点における、変位、速度、加速度、コンプライアンス、モビリティ、アクセレランス、動剛性、機械インピーダンス、動質量のいずれかとする請求項1に記載の構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析方法。
In the weight influence degree calculating step,
The response of the modal data measurement step and the weight addition modal data measurement step is any one of displacement, velocity, acceleration, compliance, mobility, tolerance, dynamic stiffness, mechanical impedance, and dynamic mass at a response measurement point. 2. An experimental modal analysis method for analyzing the vibration characteristics of the structure according to 1.
構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析装置であって、
接触型センサを用いて構造物の振動データを取得するモーダルデータ計測手段と、
前記接触型センサに既知の重量を付加し構造物の振動データを取得する重量付加時モーダルデータ計測手段と、
前記モーダルデータ計測手段で取得された振動データと前記重量付加時モーダルデータ計測手段で取得された振動データとの差と付加重量との関係式を構築する重量影響度算出手段と、
前記重量影響度算出手段で算出した関係式を用いて、前記モーダルデータ計測手段で取得したデータから、センサ重量の影響を除去したモーダルデータを取得するセンサ重量除去モーダルデータ算出手段とを有する、
構造体の振動特性を解析するための実験モーダル解析装置。
An experimental modal analysis device for analyzing vibration characteristics of a structure,
Modal data measuring means for acquiring vibration data of a structure using a contact sensor;
Weight addition modal data measurement means for adding a known weight to the contact sensor and acquiring vibration data of the structure;
A weight influence degree calculating means for constructing a relational expression between the difference between the vibration data acquired by the modal data measuring means and the vibration data acquired by the modal data measuring means at the time of weight addition and the additional weight;
Sensor weight removal modal data calculating means for acquiring modal data from which the influence of the sensor weight is removed from the data acquired by the modal data measuring means using the relational expression calculated by the weight influence degree calculating means,
Experimental modal analysis device for analyzing vibration characteristics of structures.
請求項1〜6のいずれかに記載の実験モーダル解析方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。 The program for making a computer perform the experiment modal analysis method in any one of Claims 1-6. 請求項8に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 A computer-readable recording medium on which the program according to claim 8 is recorded.
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