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 PDFInfo
- Publication number
- JP2012127674A JP2012127674A JP2010276744A JP2010276744A JP2012127674A JP 2012127674 A JP2012127674 A JP 2012127674A JP 2010276744 A JP2010276744 A JP 2010276744A JP 2010276744 A JP2010276744 A JP 2010276744A JP 2012127674 A JP2012127674 A JP 2012127674A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- modal
- vibration
- data
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
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.
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.
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Δｍ１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Δｍ２を取り付ける。任意の付加重量Δｍ２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Δｍ１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.
Δｍ１をセンサ重量として考えれば、Ω１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Δｍ１とΔｍ２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.
Δｍ２を付加重量として考えれば、Ω２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ΔΩ２は固有振動数Ω１と固有振動数Ω２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ΔΩ２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/ｍｍ３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／ｓ２／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：Δｍ１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Δｍ１
１０００：Δｍ１とΔｍ２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Δｍ１
１００５：追加重量Δｍ２
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)
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.
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010276744A JP2012127674A (en) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | Method for removing influence of sensor weight from vibration data in experimental modal analysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010276744A JP2012127674A (en) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | Method for removing influence of sensor weight from vibration data in experimental modal analysis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012127674A true JP2012127674A (en) | 2012-07-05 |
Family
ID=46644909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010276744A Pending JP2012127674A (en) | 2010-12-13 | 2010-12-13 | Method for removing influence of sensor weight from vibration data in experimental modal analysis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2012127674A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018009989A (en) * | 2012-12-12 | 2018-01-18 | バンドー化学株式会社 | Natural frequency measurement device, belt tension calculation program and method and belt natural frequency calculation program and method |
| CN110866346A (en) * | 2019-11-21 | 2020-03-06 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | Method and system for acquiring inherent vibration characteristics of dry-type air-core reactor |
| WO2020158068A1 (en) * | 2019-01-31 | 2020-08-06 | Imv株式会社 | Vibration control device |
| WO2021070271A1 (en) * | 2019-10-08 | 2021-04-15 | 日本電信電話株式会社 | Vibration testing device and vibration testing method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004321768A (en) * | 2003-04-11 | 2004-11-18 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Repulsion characteristic evaluating method and repulsion characteristic evaluating device of golf club head |
-
2010
- 2010-12-13 JP JP2010276744A patent/JP2012127674A/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004321768A (en) * | 2003-04-11 | 2004-11-18 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Repulsion characteristic evaluating method and repulsion characteristic evaluating device of golf club head |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JPN6014026430; 細矢直基 等: '周波数応答関数測定におけるセンサ質量の影響補正 精度の改善と複数個センサの同時補正' 日本機械学会機械力学・計測制御部門講演会論文集 Ｖｏｌ．１９９８， Ｎｏ．Ｂ, 1998, ３７３-３７６ * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018009989A (en) * | 2012-12-12 | 2018-01-18 | バンドー化学株式会社 | Natural frequency measurement device, belt tension calculation program and method and belt natural frequency calculation program and method |
| WO2020158068A1 (en) * | 2019-01-31 | 2020-08-06 | Imv株式会社 | Vibration control device |
| JP2020122734A (en) * | 2019-01-31 | 2020-08-13 | Imv株式会社 | Vibration controller |
| US11879816B2 (en) | 2019-01-31 | 2024-01-23 | Imv Corporation | Vibration control system |
| WO2021070271A1 (en) * | 2019-10-08 | 2021-04-15 | 日本電信電話株式会社 | Vibration testing device and vibration testing method |
| JPWO2021070271A1 (en) * | 2019-10-08 | 2021-04-15 | ||
| JP7397359B2 (en) | 2019-10-08 | 2023-12-13 | 日本電信電話株式会社 | Vibration test equipment and vibration test method |
| CN110866346A (en) * | 2019-11-21 | 2020-03-06 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | Method and system for acquiring inherent vibration characteristics of dry-type air-core reactor |
| CN110866346B (en) * | 2019-11-21 | 2023-02-07 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | Method and system for acquiring inherent vibration characteristics of dry-type air-core reactor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4994448B2 (en) | Modal parameter estimation method and apparatus | |
| JP2012127674A (en) | Method for removing influence of sensor weight from vibration data in experimental modal analysis | |
| BR112013006913B1 (en) | workpiece damping measurement method | |
| JP2007147634A (en) | Method and device for vibration analysis and computer-readable recording medium | |
| Reggio et al. | A state-space methodology to identify modal and physical parameters of non-viscously damped systems | |
| JP4583698B2 (en) | Identification device for boundary condition between parts of analysis object | |
| JP2011014060A (en) | Numerical analysis method and numerical analysis device | |
| JP5446812B2 (en) | Response measurement point determination method in experimental modal analysis | |
| JP6825714B2 (en) | Vibration judgment device, vibration judgment method and program | |
| JP2009092398A (en) | Method for evaluating vibration damping performance of object | |
| JP6981526B2 (en) | System identification device, system identification method and computer program | |
| Xie et al. | Innovative substructure approach to estimating structural parameters of shear structures | |
| Chandravanshi et al. | Experimental modal analysis of the vibratory feeder and its structural elements | |
| JP2002215680A (en) | Method of designing structure, and recording medium | |
| WO2019234832A1 (en) | Diagnosis device, diagnosis method, and computer readable storage medium | |
| WO2019180943A1 (en) | Abnormality diagnosis device, abnormality diagnosis method, and computer readable recording medium | |
| Caicedo et al. | Mode shapes identification under harmonic excitation using mobile sensors | |
| WO2020179241A1 (en) | Structure diagnosis device, structure diagnosis method, and computer-readable recording medium | |
| RU2643191C1 (en) | Test bench for vibration isolators resilient elements testing | |
| Gombi et al. | Identification of impact force acting on a cantilever beam using inverse technique | |
| JP4844502B2 (en) | Vibration analysis system and vibration analysis method | |
| Bagul et al. | Vibrational analysis of gearbox casing component using FEA tool ANSYS and FFT analyser | |
| JP6696742B2 (en) | Seismic isolation member response estimation device and seismic isolation member response estimation method | |
| Vo | Experimental study of the time domain damage identification | |
| Hashmi et al. | Sensitivity resonance and attractor morphing quantified by sensitivity vector fields for parameter reconstruction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131126 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140618 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140701 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141209 |