JP2015185142A

JP2015185142A - 振動解析モデル作成装置、及び振動解析モデル作成方法

Info

Publication number: JP2015185142A
Application number: JP2014064077A
Authority: JP
Inventors: 晋太郎新保; Shintaro Shimbo; 伸一中野; Shinichi Nakano; 佳政原田; Yoshimasa Harada; 川口　克也; Katsuya Kawaguchi; 克也川口
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-03-26
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: JP6222467B2

Abstract

【課題】フロアパネルの各振動モードを、フロアパネル自体の共振に起因するモードとフレーム部材の共振に起因するモードとに正確且つ容易に区別するために有用なフロアパネル構造の振動解析モデルを作成することができる、振動解析モデル作成装置を提供する。
【解決手段】振動解析モデル作成装置(2)は、フロアパネル構造(24)を有限要素に分割したベースモデルを作成するベースモデル作成部(10)と、フロアパネル(28)部分をパネル部分モデル(30)としてベースモデルから抽出し、全体の質量をフロアパネルとフレーム部材(26)との境界の節点集合(32)の位置に縮約したパネル部分モデルを、フロアパネルの質量が除外されたベースモデルに組み込むことにより、フロアパネル構造におけるフロアパネルの質量をフロアパネルとフレーム部材との境界節点集合の位置に縮約した縮約モデル(34)を作成する縮約モデル作成部(12)とを有する。
【選択図】図９

Description

本発明は、振動解析モデル作成装置、及び振動解析モデル作成方法に係わり、特に、フレーム部材とこのフレーム部材に固定されたフロアパネルとを有する車体のフロアパネル構造の振動解析モデルを作成する振動解析モデル作成装置及び振動解析モデル作成方法に関する。

エンジンやサスペンションが連結されたフレーム部材からの振動がフロアパネルに伝達され、このフロアパネルが振動し、その結果、不快な車室内振動が発生したり、フロアパネルから騒音が放射されることが知られている。この場合、振動源として、エンジン自体の振動や、サスペンションから伝わるロードノイズが問題となり、このロードノイズには、一般に、タイヤの空洞共鳴によるものと、サスペンションの共振によるものとがある。このようなエンジンやサスペンションから伝達される不快な振動は、自動車では主に４００Ｈｚ以下であり、特にタイヤの空洞共鳴に起因したロードノイズである２５０Ｈｚ付近の周波数にピークを有している。

従来、これらの振動騒音を抑制するためにフロアパネル及びその近傍の車体各部に、種々の防振及び防音対策として、制振材や防振材を貼付けることが一般的に行われている。また、フロアパネルにビードを多数形成したり、パネル厚を大きくすることでその剛性を高め、それにより、フロアパネルの固有振動数を４００Ｈｚよりも高い高帯域にずらすことも知られている。つまり、フロアパネルがサスペンションの共振周波数やタイヤの空洞共鳴周波数帯域等で共振しないようにして、不快な振動騒音を低減するようにしているのである。

そして、これらの種々の防振及び防音対策を効果的に行なうために、有限要素法（ＦＥＭ）により車体のフロアパネル構造の振動解析を行い、フロアパネル振動のピーク周波数やピークの発生箇所を特定することが行なわれている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。

特許第３５３６８１３号明細書特開２００６−６５４６６号公報

ところで、フロアパネルの振動モードは、（１）フレーム部材からフロアパネルへの入力にフロアパネル自体が共振することによるモードと、（２）エンジンやサスペンションからフレーム部材への入力にフレーム部材が共振し、それに伴ってフロアパネルが振動するモードとの２種類のモードに分類することができる。この内、フロアパネル自体の共振によるモードが問題となる場合には、その対策として、フロアパネルのビードパターンを変更したりフロアパネルの肉厚を変更したりすることにより、フロアパネルの固有振動数を変更することが有効である。一方、フレーム部材の共振によるモードが問題となる場合には、フレームワークやフレーム断面を変更したり、フレームの肉厚変更や節の追加を行なったりすることにより、フレーム部材の固有振動数を変更することが有効である。
すなわち、車体のフロアパネル構造の振動解析に基づいて防振及び防音対策を効果的に行なうためには、振動解析により出力されたフロアパネルの各振動モードが、上述した２種類のモードの何れのモードであるのかを特定し、それぞれのモードに応じた適切な対策を講じる必要がある。

そこで従来は、振動解析の結果からフロアパネルの各振動モードの形態を確認したり、解析モデルの変更（例えば、ビードの位置や形状の変更・節の追加・フレーム断面形状の変更等）に対するフロアパネル振動の感度を確認したりすることで、振動解析により出力されたフロアパネルの各振動モードがフロアパネル自体の共振又はフレーム部材の共振の何れに起因するモードであるのかを判断している。

しかしながら、フロアパネルの各振動モードがフロアパネル自体の共振又はフレーム部材の共振の何れに起因するモードであるのかを判断するには、振動解析分野における専門知識や経験が必要とされるので、誰でも正確な判断ができるとは言い難い。また、解析モデルの変更に対するフロアパネル振動の感度を確認する場合には、解析モデルの変更作業が必要となるので、設計コストが上昇する。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、フロアパネルの各振動モードを、フロアパネル自体の共振に起因するモードとフレーム部材の共振に起因するモードとに正確且つ容易に区別するために有用なフロアパネル構造の振動解析モデルを作成することができる、振動解析モデル作成装置、及び振動解析モデル作成方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明によれば、振動解析モデル作成装置は、フレーム部材とこのフレーム部材に固定されたフロアパネルとを有する車体のフロアパネル構造の振動解析モデルを作成する振動解析モデル作成装置であって、フロアパネル構造を有限要素に分割したベースモデルを作成するベースモデル作成手段と、ベースモデルに含まれるフレーム部材とフロアパネルとを区分するフロアパネル区分手段と、区分されたフロアパネル部分のみをパネル部分モデルとしてベースモデルから抽出するパネル部分モデル抽出手段と、抽出されたパネル部分モデル全体の質量を、フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置に縮約する縮約手段と、ベースモデルにおけるフロアパネル部分の質量を除外するパネル質量除外手段と、フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置に質量が縮約されたパネル部分モデルを、フロアパネル部分の質量が除外されたベースモデルに組み込むことにより、フロアパネル構造におけるフロアパネルの質量をフロアパネルとフレーム部材との境界節点集合の位置に縮約した縮約モデルを作成する縮約モデル作成手段と、を有することを特徴とする。
また、振動解析モデル作成方法は、フレーム部材とこのフレーム部材に固定されたフロアパネルとを有する車体のフロアパネル構造の振動解析モデルを作成する振動解析モデル作成方法であって、フロアパネル構造を有限要素に分割したベースモデルを作成するステップと、ベースモデルに含まれるフレーム部材とフロアパネルとを区分するステップと、区分されたフロアパネル部分のみをパネル部分モデルとしてベースモデルから抽出するステップと、抽出されたパネル部分モデル全体の質量を、フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置に縮約するステップと、ベースモデルにおけるフロアパネル部分の質量を除外するステップと、フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置に質量が縮約されたパネル部分モデルを、フロアパネル部分の質量が除外されたベースモデルに組み込むことにより、フロアパネル構造におけるフロアパネルの質量をフロアパネルとフレーム部材との境界節点集合の位置に縮約した縮約モデルを作成するステップと、を有することを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、車体のフロアパネル構造を有限要素に分割したベースモデルを作成すると共に、フロアパネル構造におけるフロアパネルの質量をフロアパネルとフレーム部材との境界節点集合の位置に縮約した縮約モデルを作成するので、これらのベースモデルと縮約モデルとのそれぞれについて振動解析を行うことで、フロアパネル自体の共振に起因するモードとフレーム部材の共振に起因するモードとの両方の振動モードを含むベースモデルの解析結果と、フロアパネル自体の共振に起因するモードを含まない縮約モデルの解析結果とを比較することができる。従って、フロアパネルの各振動モードを、フロアパネル自体の共振に起因するモードとフレーム部材の共振に起因するモードとに正確且つ容易に区別するために有用なフロアパネル構造の振動解析モデルを作成することができる。

また、本発明において、好ましくは、フロアパネル区分手段は、フロアパネル構造においてフレーム部材とフロアパネルとの固定部よりも内側の領域をフロアパネルとして区分する。
このように構成された本発明においては、フロアパネル区分手段により、フロアパネル構造においてフロアパネル自体の共振に寄与する部分を正確に区分することができ、フロアパネルの各振動モードを、フロアパネル自体の共振に起因するモードとフレーム部材の共振に起因するモードとに確実に区別するために有用な縮約モデルを作成することができる。

また、本発明において、好ましくは、縮約手段は、抽出されたパネル部分モデルの各節点位置における質量の集合を表す質量マトリクスを、フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置における質量マトリクスに縮約する。
このように構成された本発明においては、縮約手段は、ベースモデルから抽出されたパネル部分モデルの各節点位置における質量の集合を表す質量マトリクスを、フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置における質量マトリクスに縮約するので、フロアパネル構造におけるフロアパネルの質量をフロアパネルとフレーム部材との境界節点集合の位置に適切に振り分けることができ、フロアパネルの各振動モードを、フロアパネル自体の共振に起因するモードとフレーム部材の共振に起因するモードとに確実に区別するために有用な縮約モデルを作成することができる。

本発明による振動解析モデル作成装置、及び振動解析モデル作成方法によれば、フロアパネルの各振動モードを、フロアパネル自体の共振に起因するモードとフレーム部材の共振に起因するモードとに正確且つ容易に区別するために有用なフロアパネル構造の振動解析モデルを作成することができる。

本発明の実施形態による振動解析モデル作成装置を備えた振動解析装置の電気的構成を示すブロック図である。車体のフロアパネル構造を模式化した簡易モデルの斜視図である。本発明の実施形態による振動解析装置が実行する振動解析処理のフローチャートである。簡易モデルにおける質量の設定状態を概念的に示す平面図であり、図４（ａ）は簡易モデルのベースモデルにおける質量の設定状態を示す図、図４（ｂ）は簡易モデルの縮約モデルにおける質量の設定状態を示す図である。本発明の実施形態による振動解析装置の出力部によりディスプレイに出力された解析結果を示す線図である。図５における周波数帯域Ｉでの簡易モデルの振動モードを示す断面図であり、図６（ａ）は簡易モデルのベースモデルの振動モードを示す図、図６（ｂ）は簡易モデルの縮約モデルの振動モードを示す図である。図５における周波数帯域IIでの簡易モデルの振動モードを示す断面図であり、図７（ａ）は簡易モデルのベースモデルの振動モードを示す図、図７（ｂ）は簡易モデルの縮約モデルの振動モードを示す図である。車体のフロアパネル構造の一部を示す平面図である。本発明の実施形態による振動解析モデル作成装置が実行する縮約モデル作成処理のフローチャートである。車体のフロアパネル構造のベースモデルから抽出されたパネルを示す平面図である。図１０のパネル全体の質量をパネルとフレームとの境界に縮約した縮約パネルを示す平面図である。図１１の縮約パネルを組み込んだフロアパネル構造の縮約モデルの平面図である。図８に示した車体のフロアパネル構造のベースモデルと縮約モデルとのそれぞれの周波数応答解析の結果を重畳した線図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による振動解析モデル作成装置、及び振動解析モデル作成方法を説明する。

まず、図１により、本発明の実施形態による振動解析モデル作成装置を備えた振動解析装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態による振動解析モデル作成装置を備えた振動解析装置の電気的構成を示すブロック図である。

図１において、符号１は振動解析装置を示す。この振動解析装置１は、車体のフロアパネル構造に外力が加えられた場合の応答を解析するものであり、フロアパネル構造の設計データ等に基づき、そのフロアパネル構造の振動解析モデルを作成する振動解析モデル作成装置２と、この振動解析モデル作成装置２により作成された振動解析モデルに基づき、有限要素法によりフロアパネル構造の振動解析を実行する振動解析部４と、この振動解析部４による解析結果から表示データを生成してディスプレイ６に出力する出力部８とを有する。

振動解析モデル作成装置２は、車体のフロアパネル構造をメッシュ分割した有限要素モデル（以下、「ベースモデル」という）を作成するベースモデル作成部１０と、このベースモデルに基づき、フロアパネル構造におけるパネルの質量をパネルとフレームとの境界に縮約した縮約モデルを作成する縮約モデル作成部１２とを備えている。これらのベースモデル作成部１０及び縮約モデル作成部１２は、それぞれ、作成したモデルを振動解析部４に出力する。
これらの各構成要素は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを格納するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。

次に、図２乃至図７により、本発明の実施形態による振動解析装置１が実行する振動解析の各処理について説明する。図２は、車体のフロアパネル構造を模式化した簡易モデルの斜視図であり、図３は、本発明の実施形態による振動解析装置１が実行する振動解析処理のフローチャートである。また、図４は簡易モデルにおける質量の設定状態を概念的に示す平面図であり、図４（ａ）は簡易モデルのベースモデルにおける質量の設定状態を示す図、図４（ｂ）は簡易モデルの縮約モデルにおける質量の設定状態を示す図である。また、図５は、本発明の実施形態による振動解析装置１の出力部８によりディスプレイ６に出力された解析結果を示す線図であり、図６は、図５における周波数帯域Ｉでの簡易モデルの振動モードを示す断面図であり、図６（ａ）は簡易モデルのベースモデルの振動モードを示す図、図６（ｂ）は簡易モデルの縮約モデルの振動モードを示す図である。また、図７は、図５における周波数帯域IIでの簡易モデルの振動モードを示す断面図であり、図７（ａ）は簡易モデルのベースモデルの振動モードを示す図、図７（ｂ）は簡易モデルの縮約モデルの振動モードを示す図である。

車体のフロアパネル構造は、その骨格を成すフレームと、このフレームに固定されたパネルとを有している。例えば、図２に模式的に示す簡易モデル１４は、正方形のフレーム１６と、このフレーム１６の内周側に結合された正方形のパネル１８とを有している。フレーム１６の外形は、平面視で１辺の長さが５５０ｍｍの正方形であり、フレーム１６の断面形状は、１辺の長さが５０ｍｍの正方形の閉断面である。また、パネル１８の外形は、平面視で１辺の長さが４５０ｍｍの正方形となっている。これらのフレーム１６及びパネル１８は、何れも板厚が１ｍｍである。

次に、図３に示すように、振動解析処理が開始されると、ステップＳ１において、ベースモデル作成部１０は、車体のフロアパネル構造のベースモデルを作成する。例えば、ベースモデル作成部１０は、フロアパネル構造の形状データや物性データ（密度や弾性率等）を取得し、これらのデータからベースモデルを作成する。作成されたベースモデルは、振動解析部４に出力される。
例えば、フロアパネル構造の形状データとして図２に示した簡易モデル１４を取得した場合、ベースモデル作成部１０は、四角形要素からなるシェル要素として、簡易モデル１４からベースモデルを作成する。

次に、ステップＳ２に進み、振動解析部４は、ベースモデル作成部１０により作成されたベースモデルに基づき、有限要素法によりベースモデルの周波数応答解析を行う。図２に示した簡易モデル１４の例では、フレーム１６の角の１つを加振点Ａとし、この加振点Ａに対してパネル１８の面直方向（図２ではＺ方向）に加振したときのベースモデルの各節点の変位を算出する。
さらに、周波数応答解析の結果を評価するための評価指標としては各種の指標を用いることができるが、本実施形態による振動解析部４は、パネル１８が発生させる騒音の大きさを評価する指標として、パネル１８から放射される音響パワーに対応する等価放射エネルギー（ＥＲＰ：Equivalent Radiation Energy）を、ベースモデルの各節点の変位から算出する。

次に、ステップＳ３に進み、縮約モデル作成部１２は、ベースモデル作成部１０により作成されたベースモデルに基づき、フロアパネル構造におけるパネル１８の質量をパネル１８とフレーム１６との境界に縮約した縮約モデルを作成する。
ここで図４を参照して、図２に示した簡易モデル１４のベースモデル及び縮約モデルにおける質量の設定状態を説明する。この図４では、パネル１８を構成する各要素の節点の内、所定の密度が設定されている節点を丸印で示している。なお、フレーム１６については、ベースモデルと縮約モデルとの間に差が無いので、メッシュ及び節点を省略している。

図４（ａ）に示すように、簡易モデル１４のベースモデル２０では、パネル１８全体の節点に、パネル１８の材料に対応した所定の密度が設定されている。一方、図４（ｂ）に示すように、簡易モデル１４の縮約モデル２２では、パネル１８全体の質量マトリクスがパネル１８とフレーム１６との境界の節点集合位置での質量マトリクスに縮約され、パネル１８内部の節点の密度は０となっている。即ち、縮約モデル２２では、パネル１８内部の質量はパネル１８とフレーム１６との境界に振り分けられており、パネル１８自体は剛性を有しているが質量を有していないので、パネル１８の共振は発生しないことになる。従って、この縮約モデル２２におけるパネル１８の変位は、パネル１８自体の共振に起因するものではなく、全てフレーム１６の変形に起因するものと言うことができる。
なお、このステップＳ３における縮約モデル２２作成の詳細については後述する。

次に、ステップＳ４に進み、振動解析部４は、縮約モデル作成部１２により作成された縮約モデル２２に基づき、ステップＳ２におけるベースモデル２０の周波数応答解析と同様の条件により、縮約モデル２２の周波数応答解析を行う。

次に、ステップＳ５に進み、出力部８は、ステップＳ２におけるベースモデル２０の周波数応答解析の結果と、ステップＳ４における縮約モデル２２の周波数応答解析の結果とを、共通の座標軸を用いてディスプレイ６に重畳出力させる。その後、振動解析装置１は振動解析処理を終了する。

図５は、簡易モデル１４のベースモデル２０と縮約モデル２２とのそれぞれの周波数応答解析の結果を共通の座標軸を用いて重畳表示した線図であり、横軸が周波数（Ｈｚ）、縦軸がＥＲＰ（Ｗ）を示している。この図５では、ベースモデル２０の周波数応答を実線で示し、縮約モデル２２の周波数応答を破線で示している。
図５に示すように、ベースモデル２０の周波数応答には、パネル１８自体の共振とフレーム１６の共振のそれぞれに起因するモードが含まれるので、幅広い周波数帯域にわたって複数のＥＲＰのピークが存在している。一方、上述したように、縮約モデル２２においてはパネル１８自体の共振は発生しないので、この縮約モデル２２の周波数応答には、フレーム１６の共振に起因するモードしか含まれず、図５では１つのＥＲＰのピークしか存在しない。

例えば、ベースモデル２０ではＥＲＰのピークが生じ縮約モデル２２ではＥＲＰのピークが生じない周波数帯域Ｉでは、図６（ａ）に示すように、ベースモデル２０ではパネル１８自体が変形しているのに対して、図６（ｂ）に示すように、縮約モデル２２ではパネル１８自体はほとんど変形していない。即ち、この周波数帯域ＩにおけるＥＲＰのピークは、パネル１８の共振によるものと言うことができ、この周波数帯域Ｉにおけるパネル１８の振動モードはパネル１８自体の共振に起因する振動モードであると判断できる。

一方、ベースモデル２０と縮約モデル２２との両方でピークが生じる周波数帯域IIでは、図７（ａ）に示すように、ベースモデル２０ではフレーム１６とパネル１８がどちらも変形しているのに対して、図７（ｂ）に示すように、縮約モデル２２でもフレーム１６の変形に伴ってパネル１８が変形している。即ち、この周波数帯域IIにおけるＥＲＰのピークはフレーム１６の共振に伴うパネル１８の変形により生じたものと言えるので、この周波数帯域IIにおけるパネル１８の振動モードはフレーム１６の共振に起因する振動モードであると判断できる。

つまり、図５に示した線図によれば、ベースモデル２０の周波数応答においてのみＥＲＰのピークが生じている周波数帯域Ｉの振動モードはパネル１８自体の共振に起因する振動モードであり、ベースモデル２０及び縮約モデル２２の両方の周波数応答においてＥＲＰのピークが生じている周波数帯域IIの振動モードはフレーム１６の共振に起因する振動モードであることが、一見して判断できる。
言い換えれば、ベースモデル２０の周波数応答と縮約モデル２２の周波数応答との間に差が生じている範囲（図５でハッチングにより示す）が、パネル１８全体のＥＲＰに対してパネル１８自体の共振が寄与する範囲を示している。

次に、図８乃至図１２により、本発明の実施形態の振動解析モデル作成装置２による縮約モデルの作成手順について詳細に説明する。
図８は車体のフロアパネル構造の一部を示す平面図、図９は本発明の実施形態による振動解析モデル作成装置２が実行する縮約モデル作成処理のフローチャートであり、図１０は車体のフロアパネル構造のベースモデルから抽出されたパネルを示す平面図であり、図１１は図１０のパネル全体の質量をパネルとフレームとの境界に縮約した縮約パネルを示す平面図であり、図１２は図１１の縮約パネルを組み込んだフロアパネル構造の縮約モデルの平面図である。

図８は、車両の前列左側の座席の下方におけるフロアパネル構造２４を示している。この図８に示すように、車体のフロアパネル構造２４は、車両の前後方向に延びるフレーム部材２６と、このフレーム部材２６の下側で水平方向に延びるフロアパネル２８とを備えている。フレーム部材２６は閉断面の断面形状を有しており、このフレーム部材２６の下面側に、フロアパネル２８がスポット溶接されている。

図３を参照して説明した振動解析処理のステップＳ３において縮約モデル作成処理が開始されると、図９に示すように、ステップＳ１１において、縮約モデル作成部１２は、振動解析処理のステップＳ１でベースモデル作成部１０が作成したベースモデルを取得する。

次に、ステップＳ１２に進み、縮約モデル作成部１２は、ステップＳ１１で取得したベースモデルに含まれるフレーム部材２６とフロアパネル２８とを区分する。例えば、図８に破線で示すように、縮約モデル作成部１２は、フロアパネル２８においてフレーム部材２６とフロアパネル２８との溶接部よりも内側の領域をフロアパネル２８として区分する。

次に、ステップＳ１３に進み、縮約モデル作成部１２は、図１０に示すように、ステップＳ１１で取得したベースモデルから、ステップＳ１２で区分されたフロアパネル２８の部分のみをパネル部分モデル３０として抽出する。

次に、ステップＳ１４に進み、縮約モデル作成部１２は、ステップＳ１３で抽出したパネル部分モデル３０の各節点の内、フロアパネル２８とフレーム部材２６との境界の節点集合３２（即ち、パネル部分モデル３０の外周に位置する節点集合）を指定する。

次に、ステップＳ１５に進み、縮約モデル作成部１２は、ステップＳ１３で抽出したパネル部分モデル３０の各節点に設定されている密度の集合である質量マトリクスを、ステップＳ１４で指定された境界節点集合３２の位置における質量マトリクスに縮約する。これにより、図１１に丸印で示すように、パネル部分モデル３０全体の質量が、フロアパネル２８とフレーム部材２６との境界の節点集合３２（即ち、パネル部分モデル３０の外周に位置する節点集合）に振り分けられる。

次に、ステップＳ１６に進み、縮約モデル作成部１２は、ステップＳ１１で取得したベースモデルにおける各節点の内、ステップＳ１２で区分されたフロアパネル２８内の各節点に設定されている密度を０にする。これにより、ステップＳ１１で取得されたベースモデルにおけるフロアパネル２８の質量が０になる。

次に、ステップＳ１７に進み、縮約モデル作成部１２は、ステップＳ１５において質量マトリクスがフロアパネル２８とフレーム部材２６との境界節点集合３２の位置における質量マトリクスに縮約されたパネル部分モデル３０を、ステップＳ１６においてフロアパネル２８の質量が０にされたベースモデルに組み込む。これにより、図１２に示すように、フロアパネル２８の質量をフロアパネル２８とフレーム部材２６との境界節点集合３２の位置に縮約した縮約モデル３４が作成される。このステップＳ１７の後、図３のメインルーチンに戻り、振動解析部４は、縮約モデル３４の周波数応答解析を行う（ステップＳ４）。

図１３は、図８に示した車体のフロアパネル構造２４のベースモデルと縮約モデル３４とのそれぞれの周波数応答解析の結果を重畳した線図であり、横軸が周波数（Ｈｚ）、縦軸がＥＲＰ（Ｗ）を示している。この図１３では、ベースモデルの周波数応答を実線で示し、縮約モデル３４の周波数応答を破線で示している
図１３に示した線図によれば、周波数Ｆ₁以下の範囲では、ベースモデルの周波数応答と縮約モデル３４の周波数応答とがほぼ重なっているので、この範囲におけるフロアパネル構造２４の振動モードはフレームの共振に起因する振動モードであることが分かる。一方、周波数Ｆ₁以上の範囲では、ベースモデルの周波数応答においてのみＥＲＰのピークが生じているので、この範囲におけるフロアパネル構造２４の振動モードはフロアパネル２８自体の共振に起因する振動モードであることがわかる。言い換えれば、周波数Ｆ₁以上の範囲では、ベースモデルの周波数応答と縮約モデル３４の周波数応答との間に差が生じているので、この周波数帯域ではフロアパネル構造２４のＥＲＰに対してフロアパネル２８自体の共振が寄与していることが分かる。
即ち、周波数Ｆ₁以下の範囲におけるＥＲＰを低減するためには、フレーム部材２６の共振を抑制するようにフレーム部材２６に対策を施せばよく、周波数Ｆ₁以上の範囲におけるＥＲＰを低減するためには、フロアパネル２８自体の共振を抑制するようにフロアパネル２８に対策を施せばよいことが分かる。

次に、上述した本実施形態の振動解析装置１、及び振動解析方法による作用効果を説明する。

まず、ベースモデル作成部１０が、車体のフロアパネル構造２４を有限要素に分割したベースモデルを作成すると共に、縮約モデル作成部１２が、フロアパネル構造２４におけるフロアパネル２８の質量をフロアパネル２８とフレーム部材２６との境界節点集合３２の位置に縮約した縮約モデル３４を作成するので、これらのベースモデルと縮約モデル３４とのそれぞれについて振動解析を行うことで、フロアパネル２８自体の共振に起因するモードとフレーム部材２６の共振に起因するモードとの両方の振動モードを含むベースモデルの解析結果と、フロアパネル２８自体の共振に起因するモードを含まない縮約モデル３４の解析結果とを比較することができる。従って、フロアパネル２８の各振動モードを、フロアパネル２８自体の共振に起因するモードとフレーム部材２６の共振に起因するモードとに正確且つ容易に区別するために有用なフロアパネル構造２４の振動解析モデルを作成することができる。

特に、縮約モデル作成部１２は、フロアパネル構造２４においてフレーム部材２６とフロアパネル２８との固定部よりも内側の領域をフロアパネル２８として区分するので、フロアパネル構造２４においてフロアパネル２８自体の共振に寄与する部分を正確に区分することができ、フロアパネル２８の各振動モードを、フロアパネル２８自体の共振に起因するモードとフレーム部材２６の共振に起因するモードとに確実に区別するために有用な縮約モデル３４を作成することができる。

また、縮約モデル作成部１２は、ベースモデルにおけるフロアパネル２８部分のみをパネル部分モデル３０としてベースモデルから抽出し、この抽出されたパネル部分モデル３０の各節点位置における質量の集合を表す質量マトリクスを、フロアパネル２８とフレーム部材２６との境界の節点集合の位置における質量マトリクスに縮約するので、フロアパネル構造２４におけるフロアパネル２８の質量をフロアパネル２８とフレーム部材２６との境界節点集合３２の位置に適切に振り分けることができ、フロアパネル２８の各振動モードを、フロアパネル２８自体の共振に起因するモードとフレーム部材２６の共振に起因するモードとに確実に区別するために有用な縮約モデル３４を作成することができる。

また、ベースモデル作成部１０が、フロアパネル構造２４を有限要素に分割したベースモデルを作成すると共に、縮約モデル作成部１２が、ベースモデルに基づき、フロアパネル構造２４におけるフロアパネル２８の質量をこのフロアパネル２８とフレーム部材２６との境界位置に縮約した縮約モデル３４を作成し、これらのベースモデル及び縮約モデル３４に基づき、振動解析部４がフロアパネル構造２４の振動解析を実行し、出力部８はベースモデルと縮約モデル３４とのそれぞれの解析結果を共通の座標軸を用いて表示出力するので、フロアパネル２８自体の共振に起因するモードとフレーム部材２６の共振に起因するモードとの両方の振動モードを含むベースモデルの解析結果と、フロアパネル２８自体の共振に起因するモードを含まない縮約モデル３４の解析結果とを容易に比較することができる。即ち、フロアパネル２８の各振動モードを、フロアパネル２８自体の共振に起因するモードとフレーム部材２６の共振に起因するモードとに正確且つ容易に区別可能な態様で、フロアパネル構造２４の振動解析結果を出力することができる。

また、出力部８は、ベースモデルの等価放射エネルギーの周波数応答と、縮約モデル３４の等価放射エネルギーの周波数応答とを、共通の座標軸を用いて表示出力するので、フロアパネル２８から放射される音響パワーに対応する等価放射エネルギーを指標として、フロアパネル２８全体の等価放射エネルギーに対してフロアパネル２８自体の共振が寄与する範囲を明確に区別可能な態様で、フロアパネル構造２４の振動解析結果を出力することができる。

１振動解析装置
２振動解析モデル作成装置
４振動解析部
６ディスプレイ
８出力部
１０ベースモデル作成部
１２縮約モデル作成部
１４簡易モデル
１６フレーム
１８パネル
２０ベースモデル
２２縮約モデル
２４フロアパネル構造
２６フレーム部材
２８フロアパネル
３０パネル部分モデル
３２境界節点集合
３４縮約モデル

Claims

フレーム部材とこのフレーム部材に固定されたフロアパネルとを有する車体のフロアパネル構造の振動解析モデルを作成する振動解析モデル作成装置であって、
上記フロアパネル構造を有限要素に分割したベースモデルを作成するベースモデル作成手段と、
上記ベースモデルに含まれるフレーム部材とフロアパネルとを区分するフロアパネル区分手段と、
上記区分されたフロアパネル部分のみをパネル部分モデルとして上記ベースモデルから抽出するパネル部分モデル抽出手段と、
上記抽出されたパネル部分モデル全体の質量を、フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置に縮約する縮約手段と、
上記ベースモデルにおける上記フロアパネル部分の質量を除外するパネル質量除外手段と、
上記フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置に質量が縮約された上記パネル部分モデルを、上記フロアパネル部分の質量が除外された上記ベースモデルに組み込むことにより、上記フロアパネル構造におけるフロアパネルの質量をフロアパネルとフレーム部材との境界節点集合の位置に縮約した縮約モデルを作成する縮約モデル作成手段と、を有することを特徴とする振動解析モデル作成装置。
上記フロアパネル区分手段は、上記フロアパネル構造において上記フレーム部材と上記フロアパネルとの固定部よりも内側の領域を上記フロアパネルとして区分する請求項２に記載の振動解析モデル作成装置。
上記縮約手段は、上記抽出されたパネル部分モデルの各節点位置における質量の集合を表す質量マトリクスを、上記フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置における質量マトリクスに縮約する請求項１又は２に記載の振動解析モデル作成装置。
フレーム部材とこのフレーム部材に固定されたフロアパネルとを有する車体のフロアパネル構造の振動解析モデルを作成する振動解析モデル作成方法であって、
上記フロアパネル構造を有限要素に分割したベースモデルを作成するステップと、
上記ベースモデルに含まれるフレーム部材とフロアパネルとを区分するステップと、
上記区分されたフロアパネル部分のみをパネル部分モデルとして上記ベースモデルから抽出するステップと、
上記抽出されたパネル部分モデル全体の質量を、フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置に縮約するステップと、
上記ベースモデルにおける上記フロアパネル部分の質量を除外するステップと、
上記フロアパネルとフレーム部材との境界の節点集合の位置に質量が縮約された上記パネル部分モデルを、上記フロアパネル部分の質量が除外された上記ベースモデルに組み込むことにより、上記フロアパネル構造におけるフロアパネルの質量をフロアパネルとフレーム部材との境界節点集合の位置に縮約した縮約モデルを作成するステップと、を有することを特徴とする振動解析モデル方法。