JP2017044673A - Vibration measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は構造物の振動測定装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration measuring apparatus for a structure.
構造物の固有振動特性を実験的に把握しておくことは、回転機械など加振力が作用する機械において、共振や強制振動などの不適合要因を抽出し、機器の低振動化、低騒音化を図る上で重要である。固有振動測定において実験モード解析は、固有振動特性を周波数領域に加えて振動の形態(モード)を一体で評価できる非常に有効な実験解析手法として普及している。 Experimentally grasping the natural vibration characteristics of a structure is to extract non-conformity factors such as resonance and forced vibration in machines where excitation force is applied, such as rotating machines, and reduce the vibration and noise of the equipment. It is important to plan. In the natural vibration measurement, the experimental mode analysis is widely used as a very effective experimental analysis method capable of integrally evaluating the vibration mode (mode) by adding the natural vibration characteristics to the frequency domain.
実験モード解析は、基本的にFFTアナライザによる周波数領域伝達関数に基づいて評価している。したがって、評価できる固有振動モードの周波数範囲に制約が存在する。例えば、アナライザの測定限界周波数(最高周波数)により、測定周波数範囲の上限が設定されるから、FFTアナライザを用いて振動測定を行う場合には、最高周波数および周波数分解能を指定する必要がある。すなわち、必要な分解能を保持し、かつ注目される周波数に適切な余裕を持たせた測定条件で測定を実施しなくてはならない。 The experimental mode analysis is basically evaluated based on the frequency domain transfer function by the FFT analyzer. Therefore, there are restrictions on the frequency range of the natural vibration mode that can be evaluated. For example, since the upper limit of the measurement frequency range is set by the measurement limit frequency (maximum frequency) of the analyzer, when performing vibration measurement using the FFT analyzer, it is necessary to specify the maximum frequency and the frequency resolution. In other words, the measurement must be performed under measurement conditions that maintain the necessary resolution and have an appropriate margin for the frequency of interest.
しかし、構造物の固有振動数は一般的に多数(原理的には無限個)存在しているから、測定に際して設定した測定周波数範囲よりも周波数が高い高周波領域にも固有振動数が複数個存在することになる。したがって、FFTアナライザで測定された振動データには、最高周波数より高い固有振動数の応答成分も含まれている。 However, since there are generally many natural frequencies (infinite in principle), there are multiple natural frequencies even in the high frequency range where the frequency is higher than the measurement frequency range set for measurement. Will do. Therefore, the vibration data measured by the FFT analyzer includes a response component having a natural frequency higher than the maximum frequency.
実験モード解析では、FFTアナライザの測定周波数範囲に存在する固有振動数に対応するモード・パラメータを算出する。モード・パラメータが得られれば、対象構造物の振動応答をモード応答の重ね合わせにより求めて対象構造物の振動特性を評価することができる。一方、再解析された構造物の振動応答は測定周波数範囲の固有振動数に対応するモード・パラメータから構成されており、測定周波数範囲外の固有振動数のモード応答は考慮されていない。このため、測定周波数範囲の上限あるは下限においては、実測の振動応答と再解析による振動応答の間に数値の乖離が生じてしまう。そこで、実験モード解析では測定範囲外のモード応答の影響を上限では剰余剛性、下限では剰余質量を用いて補正することが一般に行われている。 In the experimental mode analysis, a mode parameter corresponding to the natural frequency existing in the measurement frequency range of the FFT analyzer is calculated. If the mode parameter is obtained, the vibration characteristics of the target structure can be evaluated by obtaining the vibration response of the target structure by superimposing the mode responses. On the other hand, the vibration response of the reanalyzed structure is composed of mode parameters corresponding to the natural frequency in the measurement frequency range, and the mode response of the natural frequency outside the measurement frequency range is not considered. For this reason, at the upper limit or the lower limit of the measurement frequency range, a numerical difference occurs between the actually measured vibration response and the vibration response by reanalysis. Therefore, in the experimental mode analysis, the influence of the mode response outside the measurement range is generally corrected using the residual stiffness at the upper limit and the residual mass at the lower limit.
FFTアナライザは、通常0Hzから測定することができるので、測定周波数範囲の下限が問題になることは稀である。一方上限については、測定範囲に影響を与える高周波固有振動数は、本来複数存在することが一般的であるにもかかわらず、剰余剛性は定数に過ぎない。実測値と再解析値との間の誤差をある程度縮小することはできるものの、完全に補正することは困難である。特に、測定周波数上限に近接して複数個の高周波固有振動数が存在する場合には誤差が拡大してしまう。 Since the FFT analyzer can usually measure from 0 Hz, the lower limit of the measurement frequency range is rarely a problem. On the other hand, with respect to the upper limit, the residual rigidity is only a constant although a plurality of high-frequency natural frequencies that affect the measurement range are generally inherent. Although the error between the actually measured value and the reanalyzed value can be reduced to some extent, it is difficult to completely correct the error. In particular, when there are a plurality of high-frequency natural frequencies close to the upper limit of the measurement frequency, the error increases.
このように、従来の振動測定装置では、測定周波数の領域外に存在する固有振動モードの影響を加味した実験モード解析を行うことが困難であるという問題がある。実施形態は、かかる課題を解決するためになされたもので、構造物の振動測定において、測定周波数領域外、とりわけ高周波領域に存在する固有振動モードの影響を考慮した実験モード解析を実現する振動測定装置を提供することを目的とする。 As described above, the conventional vibration measuring apparatus has a problem that it is difficult to perform an experimental mode analysis in consideration of the influence of the natural vibration mode existing outside the measurement frequency region. The embodiment has been made to solve such a problem, and in vibration measurement of a structure, vibration measurement that realizes experimental mode analysis in consideration of the influence of natural vibration modes existing outside the measurement frequency region, particularly in the high frequency region. An object is to provide an apparatus.
実施形態の振動測定装置は、測定対象物の加振点への加振力を示す加振力信号および前記加振力により生じた前記測定対象物の測定点での加速度を示す加速度信号に基づいて、所定の周波数帯域における前記測定対象物の伝達関数を算出する高速フーリエ変換部と、前記伝達関数に基づいて、前記周波数帯域における前記測定対象物のモード・パラメータを算出する低次モード演算部と、前記周波数帯域における前記モード・パラメータに基づいて、前記周波数帯域外の固有振動数に対応する固有振動モードベクトルを推定する高次モードベクトル推定部と、前記固有振動モードベクトルに基づいて前記周波数帯域外における前記測定対象物のモード・パラメータを算出し、該算出したモード・パラメータを用いて表した第1の高次モード加速度応答、および、前記測定対象物の伝達関数における加速度応答と前記高次モードベクトル推定部が推定した前記周波数帯域外の固有振動数に対応する固有振動モードベクトルとを乗算して得た第2の高次モード加速度応答の差を、前記周波数帯域において最小とする演算を行う最適化演算部とを具備する。 The vibration measuring apparatus according to the embodiment is based on an excitation force signal indicating an excitation force to the excitation point of the measurement object and an acceleration signal indicating an acceleration at the measurement point of the measurement object generated by the excitation force. A fast Fourier transform unit that calculates a transfer function of the measurement object in a predetermined frequency band, and a low-order mode calculation unit that calculates a mode parameter of the measurement object in the frequency band based on the transfer function A higher-order mode vector estimation unit that estimates a natural vibration mode vector corresponding to a natural frequency outside the frequency band based on the mode parameter in the frequency band, and the frequency based on the natural vibration mode vector. A mode parameter of the measurement object outside the band is calculated, and a first higher-order mode addition expressed using the calculated mode parameter is performed. Second response obtained by multiplying the acceleration response in the transfer function of the measurement object and the natural vibration mode vector corresponding to the natural frequency outside the frequency band estimated by the higher-order mode vector estimation unit. And an optimization calculation unit that performs a calculation for minimizing the difference in higher-order mode acceleration response in the frequency band.
(測定原理)
測定対象の構造物Oの運動方程式は、数式1により表すことができる。
The equation of motion of the structure O to be measured can be expressed by
数式1に対応して、固有振動モードベクトル{φr};r=1,2,…,Niは、数式2の固有値問題を解くことで得ることができ、No行Ni列の大きさを持つ数式3に示す行列[Φ]を求める。
固有振動モードベクトル{φr}は正規直交基底をなすので、減衰行列が比例減衰行列である場合、数式4が成り立つ。
実験モード解析では、数式1の運動方程式をFFTアナライザの測定結果に合わせて周波数応答関数の形式で取り扱う。すなわち、1点加振の周波数応答関数{H}は、加振力{f}の加振点成分をf=est(s=jω)、他の成分をゼロとして求めた応答{x}のラプラス変換である。この場合、多点加振の周波数応答関数は、応答数・入力数(No×Ni)の行列となり、数式1は数式8と表せる。
いま、実験モード解析によってNi対のモード・パラメータが求められているとする。このとき、固有振動モードベクトル{φr};r=1,2,…,Niは正規直交基底をなすから、これら既知の固有振動モードベクトルに直交化式を適用することによって、測定周波数領域より高い周波数領域にある未知なる固有振動モードベクトル{φr};r=(Ni+1),(Ni+2),…,Noを予測することができる。すなわち、直交化式として代表的なグラム・シュミットの手法を用いると、任意の初期ベクトル{yr}に対して数式9の演算を繰り返す。
一方、モード質量mr、モード減衰cr、モード剛性krについては、r=(Ni+1),(Ni+2),…,Noについて数式10に示す加振力{f}に対するモード応答に対して、数式11に示すモード質量mr、モード減衰cr、モード剛性krによるモード座標系の1自由度運動方程式と、数式12に示すその応答を考えることになる。
さらに、入力数が応答数に等しい場合、すなわち、Ni=Noのとき、モード行列[Φ]はNo行No列の正方行列をなすから、数式4より各特性行列は数式13により求めることができる。
以上の手順によって、モード質量mr、モード減衰cr、モード剛性kr、固有振動モードベクトル{φr};r=(Ni+1),(Ni+2),…,Noが決定され、測定周波数領域より高い周波数領域にある固有振動モードの影響を考慮することが可能となる。数式8の表記に従えば、{x}は周波数応答関数{H}に、加振力{f}は{Id}にそれぞれ相当する。 By the above procedure, modal mass m r, mode damping c r, mode stiffness k r, the natural oscillation mode vector {φ r}; r = ( N i +1), (N i +2), ..., N o is determined It is possible to consider the influence of the natural vibration mode in the frequency range higher than the measurement frequency range. According to the notation of Expression 8, {x} corresponds to the frequency response function {H}, and the excitation force {f} corresponds to {Id}.
(第1実施形態)
以下、図1を参照して、第1の実施形態に係る振動測定装置1の構成を説明する。図1に示すように、実施形態の振動測定装置は、インパルスハンマー10、インパルスハンマー10に内蔵されたロードセル15、加速度ピックアップ21…24、信号ケーブル30、FFTアナライザ40、および演算部50を備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, the configuration of the
インパルスハンマー10は、振動測定装置1が測定する振動を発生させるハンマーである。インパルスハンマー10は、自身の加振力を測定するロードセル15を備えており、ハンマーにより加えた振動を測定することができる。
The
加速度ピックアップ21…24は、測定対象たる構造物Oに配設される振動センサであり、構造物Oにおける所定の位置における振動応答を測定する。信号ケーブル30は、ロードセル15や加速度ピックアップ21…24からの測定信号を振動測定装置1へ導くケーブルである。
The
FFTアナライザ40は、信号ケーブル30から受けた測定信号に基づき高速フーリエ変換(FFT)を行って伝達関数を算出する。演算部50は、FFTアナライザ40が算出した伝達関数に基づき、モード・パラメータや質量行列、剛性行列、減衰行列などを演算するコンピュータである。
The
図1に示すように、演算部50は、低次モード演算部51、高次ベクトル演算部52、最適化演算部53および行列演算部54を備えている。低次モード演算部51は、FFTアナライザ40の測定周波数範囲内におけるモード・パラメータを演算するプロセッサである。高次ベクトル演算部52は、測定周波数範囲外における高次固有振動モードベクトルを演算するプロセッサである。最適化演算部53は、全モードのパラメータを演算するプロセッサである。行列演算部54は、質量行列、剛性行列および減衰行列を演算するプロセッサである。
As shown in FIG. 1, the
続いて、図1ないし3を参照して、実施形態の振動測定装置の動作を説明する。まず、測定対象たる構造物Oについて、測定点および加振点を設定する(ステップ100。以下「S100」のように称する)。以下の説明において、構造物Oは図2に示すようにX軸方向に運動する4つの自由度x1、x2、x3、x4からなる4自由度系と仮定する。構造物Oは、固定端60に自由度x1の質量61を剛性62と減衰63を介して接続し、質量61に対して自由度x2の質量64と自由度x3の質量67を剛性65、減衰66および剛性68、減衰69を介して直列に接続するものとする。また、自由度x4の質量70を質量61に対して剛性71、減衰72を介して自由度x2と並列に接続するものとする。各自由度の質量をm1、m2、m3、m4、剛性をk1、k2、k3、k4、減衰をc1、c2、c3、c4とおく。
Subsequently, the operation of the vibration measuring apparatus according to the embodiment will be described with reference to FIGS. First, a measurement point and an excitation point are set for the structure O to be measured (step 100; hereinafter referred to as “S100”). In the following description, it is assumed that the structure O is a four-degree-of-freedom system including four degrees of freedom x1, x2, x3, and x4 moving in the X-axis direction as shown in FIG. In the structure O, a
自由度x1すなわち質量61に対してインパルスハンマー10により打撃加振する。打撃加振に応じて自由度x1〜x4に発生する加速度を加速度ピックアップ21…24で計測する。ロードセル15が検出した加振力信号および加速度ピックアップ21…24が検出した各自由度の加速度信号は、信号ケーブル30を介してFFTアナライザ40に送られる。FFTアナライザ40は、受け取った加振力信号および加速度信号を用いて伝達関数を算出する(S110)。算出された伝達関数は、演算部50に送られる。
The
ここで、構造物Oの諸元を表1に示す値とする。
数式15に対応する数式2の固有値問題は、数式16に示す通りとなる。
低次モード演算部51による解析では、表2に示すようにすべてのモードのモード・パラメータが求められる。しかし実際の測定では、FFTアナライザ40の測定周波数領域の制約が存在する。そこで、FFTアナライザ40の測定周波数範囲を0〜50Hzとすると、低次モード演算部51は、表2に示す50Hz以下の2つの固有振動数について、計測された伝達関数に基づいてモード・パラメータを決定する。
In the analysis by the low-order
実測される伝達関数の一例として、図4Aおよび図4Bに自己アクセレランス(加振点における応答を加速度で評価した伝達関数、すなわち自由度x1における伝達関数を加速度表記したもの)を示す。図4Aおよび図4Bは実測されたものであるから、測定周波数範囲外にある固有振動モードの応答も含まれている。 As an example of the actually measured transfer function, FIG. 4A and FIG. 4B show self-acceleration (transfer function in which the response at the excitation point is evaluated by acceleration, that is, the transfer function at the degree of freedom x1 expressed as acceleration). Since FIG. 4A and FIG. 4B are actually measured, the response of the natural vibration mode outside the measurement frequency range is also included.
アクセレランスは動数領域において各自由度の応答加速度を加振力で除したものであるから、数式15において数式17に示す単位調波加振力Fを入力した場合の応答加速度に等しい。
図5Aおよび図5Bに示すように、1次および2次固有振動数でアクセレランス線図はピーク値を示す。測定周波数範囲が0〜50Hzの伝達関数を用いて実験モード解析を実施すれば、測定周波数範囲に固有振動数が存在する1次、2次モードについてモード・パラメータが数式18、数式19のように求められる。
表2に示すように、測定周波数範囲の上限である50Hz以上には3次、4次の2つの固有振動数が存在する。しかし、測定周波数範囲外であるため測定周波数範囲を0〜50Hzとして測定された伝達関数の測定結果から3次、4次の固有振動数については求めることはできない。すなわち、3次、4次固有振動数に対応するモード・パラメータは未知数である。 As shown in Table 2, there are two third and fourth natural frequencies above 50 Hz, which is the upper limit of the measurement frequency range. However, since it is outside the measurement frequency range, the third and fourth natural frequencies cannot be obtained from the measurement result of the transfer function measured with the measurement frequency range of 0 to 50 Hz. That is, the mode parameter corresponding to the third-order and fourth-order natural frequencies is unknown.
数式18、数式19で得られたモード・パラメータを用いて自己アクセレランスを再解析すると、図6Aおよび図6Bに示すようになる。図6Aおよび図6Bにおいて破線で示す実測値と実線で示す演算結果とを比較すると、1次および2次固有振動数におけるピーク近傍で両者はよく一致しているが、それ以外の帯域では振幅に大きなずれが見られる。位相についても1次と2次固有振動数の中間で差が生じている。この相違は、測定振動数範囲以上にある3次および4次固有振動数に対応するモード応答が考慮されていないことによるものである。測定周波数範囲より高い固有振動数の影響を考慮して精度向上を図るため、一般に剰余剛性が用いられる。剰余剛性は数式20にて求めることができる。
剰余剛性を考慮した自己アクセレランスは図7Aおよび図7Bに示すようになる。剰余剛性によって1次および2次固有振動数の中間部における相違は小さくなるものの、2次固有振動数を越えた周波数帯域では大きな差が残ることがわかる。これは、剰余剛性が数式20に示すように3次および4次固有振動数に対応するモード剛性の逆数を総和して算出したものであり、各固有振動数を個々に評価した算出したものではないからである。
The self-acceleration taking account of the residual rigidity is as shown in FIGS. 7A and 7B. Although the difference in the intermediate portion between the primary and secondary natural frequencies is reduced by the residual rigidity, it can be seen that a large difference remains in the frequency band exceeding the secondary natural frequency. This is calculated by summing up the reciprocal of the mode rigidity corresponding to the third and fourth order natural frequencies as shown in
そこで、実施形態の振動測定装置は、3次および4次固有振動数に対応する固有振動モードベクトルを推定する高次ベクトル演算部52を備えて、それぞれのモード・パラメータを算出する(S130)。高次ベクトル演算部52は、3次および4次固有振動数に対応する固有振動モードベクトルを推定するに当たり、低次モード演算部51が算出した1次および2次固有振動数の固有振動モードベクトルとの直交化式を利用する。ここでは直交化式として代表的なグラム・シュミットの式を用いる。
Therefore, the vibration measuring apparatus according to the embodiment includes a high-order
3次固有振動モードベクトル{φ3}は、数式9において初期ベクトルに{1 1 0 1}Tを選べば、数式21のように求められる。
4次固有振動モードベクトル{φ4}は、初期ベクトルに{1 1 1 1}Tを選べば、同様に数式23のように表される。
さらに、高次ベクトル演算部52は、3次、4次のモード質量、モード減衰、モード剛性について、応答(伝達関数)ベクトルに固有振動モードベクトルを乗じて得られるモード応答と曲線適合させる。伝達関数は数式17で表わされる加振力に対する応答として求められるから、数式25に示すように、測定で得られた加速度応答に3次固有振動モードベクトル{φ3}Tを乗じて3次モード加速度応答を求める。
最適化演算部53は、数式25で得られる3次モード加速度応答と、数式26で求められる3次モード加速度応答との差(目的関数)が0〜50Hzの範囲で最小となるように最適化を行い、数式26に現れるモード・パラメータm3、ω3、ζ3を決定する(S140)。
The
ω3、ζ3はモード質量m3、モード減衰c3、モード剛性k3から誘導できるから、数式26は、モード質量m3、モード減衰c3、モード剛性k3で定義される。すなわち、この問題の未知数は、モード質量m3、モード減衰c3、モード剛性k3の3つであるから、適当な3点(たとえば10Hz、30Hz、50Hz)における値で方程式を立てて算出する代数的な方法がまず考えられる。 omega 3, zeta 3 is modal mass m 3, mode damping c 3, since it derived from the mode stiffness k 3, Equation 26, modal mass m 3, mode damping c 3, is defined in the mode stiffness k 3. That is, there are three unknowns of this problem: mode mass m 3 , mode damping c 3 , and mode stiffness k 3 , and an equation is calculated with values at appropriate three points (for example, 10 Hz, 30 Hz, and 50 Hz). An algebraic method can be considered first.
しかし、実際の問題においては伝達関数に測定値を用いるので、図5Aおよび図5Bに示すように理想的な特性を示すとは限らないため、このような代数的な算法では誤差が混入する恐れがある。そこでモード・パラメータm3、c3、k3を設計変数とし、0〜50Hzの周波数範囲で目的関数(3次モード加速度応答の差の絶対値)の総和を最小化する最適化問題に帰着させる。すなわち、数式27にて表されるように0〜50Hzの範囲で目的関数の最小化を図る。
同様に、4次モードについてもモード加速度応答について実測と解析の差を最小化することで4次のモードパラメータモードパラメータm4、ω4、ζ4を求める。これによって求められたモード・パラメータ例を表3に示す。
ここで1次、2次モードの値は、実験モード解析によって求められているから、表2と同一であるので表3では省略した。表3のモード・パラメータを用いて自己アクセレランスを計算した結果は図5Aおよび図5Bに示す。図5Aおよび図5Bにおいて、破線は実測の応答曲線であり、図4Aおよび図4Bのものと同一である。実線で示す計算結果は破線の実測結果とほぼ一致しており、推定された3次、4次モード・パラメータの精度は非常に良好であることがわかる。実施形態の振動測定装置によれば、FFTアナライザ40の測定周波数範囲外の固有振動数について、ベクトル直交化式による高次固有振動モードベクトルを算出し、モード応答の残差を最小化するので、FFTアナライザ40の測定周波数範囲外においても制度の高い測定を可能にする。
Here, since the values of the primary and secondary modes are obtained by the experimental mode analysis, they are the same as those in Table 2 and are omitted in Table 3. The results of calculating the self-acceleration using the mode parameters in Table 3 are shown in FIGS. 5A and 5B. In FIGS. 5A and 5B, the broken line is an actually measured response curve, which is the same as that in FIGS. 4A and 4B. The calculation result indicated by the solid line is almost the same as the actual measurement result indicated by the broken line, and it can be seen that the accuracy of the estimated third-order and fourth-order mode parameters is very good. According to the vibration measurement device of the embodiment, for the natural frequency outside the measurement frequency range of the
続いて、行列演算部54は、特性行列を算出する(S150)。まず、行列演算部54は、表3の値を用いて、数式13の行列を算出する。算出結果例を数式28ないし32に示す。
続いて、行列演算部54は、数式28ないし32を数式13に代入することで、数式33ないし35に示すような特性行列を算出する。
数式33ないし35に示す特性行列を真の値である数式15の行列と比較すると、行列の対称性が保たれ、かつ主たる項(数値の大きい成分)の値は非常によく一致していることから実施形態の測定手順の妥当性が確認できる。
Comparing the characteristic matrix shown in Equations 33 to 35 with the matrix of
なお、伝達関数の再解析だけであれば、数式25のように加速度応答と推定されたモードに対応する固有振動モードベクトル{φr}の内積を重ね合わせれば十分である。すなわち、数式36に示すモード応答に対して、数式37に示すアクセレランス・ベクトルにより求めることができる。
(第2実施形態)
第1実施形態では、最適化演算部53は、数式27のようにモード応答の実数部と虚数部の二乗平均を目的関数としている。この場合、最適化の過程で不適切な局所解に収束すると、実数部または虚数部のみが最小化されて真の最適解から外れてしまう可能性がある。そこで、第2の実施形態に係る振動測定装置では、最適化演算部53が、実数部および虚数部を同時に最小化する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the
すなわち、この実施形態の最適化演算部53は、設計変数m3、c3、k3に対して、数式38にて表される制約条件のもとに、数式39にて表される目的関数を最小化する演算を行う。4次モード・パラメータについても同様である。
(第3実施形態)
剛性行列や減衰行列は、構造物Oの各自由度間の接合状態などによって影響を受けるから、解析的に特定することが一般に困難である。一方、質量行列は、構成から直接的に値を求めることが比較的容易である。すなわち、曲線適合する前に質量行列を決定しておくことが可能である。質量行列[M]が既知であれば、推定したモードベクトルとの三重積の対角項からモード質量m3、m4を算出することができる。ここで、1次、2次モードのモード・パラメータは既知であるから、この実施形態の最適化演算部53は、数式40により3次、4次モード質量のみ求めている。
Since the stiffness matrix and the damping matrix are affected by the joining state between the degrees of freedom of the structure O, it is generally difficult to specify analytically. On the other hand, it is relatively easy to obtain the value of the mass matrix directly from the configuration. That is, it is possible to determine the mass matrix before fitting the curve. If the mass matrix [M] is known, the mode masses m 3 and m 4 can be calculated from the diagonal term of the triple product with the estimated mode vector. Here, since the mode parameters of the first and second modes are known, the
なお、第2の実施形態における数式38および数式39の演算について適用することもできる。すなわち、第2の実施形態において、最適化演算部53が、3次、4次モード質量のみ先行して算出し、次いで数式38および数式39の演算を行ってもよい。
It should be noted that the present invention can also be applied to the calculations of Formula 38 and Formula 39 in the second embodiment. That is, in the second embodiment, the
(第4実施形態)
数式26のモード加速度に替えてモード変位を考えると、数式41にように書き表すことができる。
When the mode displacement is considered instead of the mode acceleration of Expression 26, it can be expressed as Expression 41.
図8は、3次および4次モード応答を、コンプライアンスで表記したものである。図中のP3およびP4の値からモード剛性k3、k4を求めると、数式43および数式44のようになり、これは表2に示す値をほぼ等しくなることがわかる。
これによりk3、k4が決定されるので、最適化演算部53が演算する数式27の最適化問題における未知数を3個から2個に減らすことができる。したがって、計算時間の削減や計算精度の向上を図ることができる。
As a result, k 3 and k 4 are determined, so the number of unknowns in the optimization problem of Equation 27 calculated by the
なお、第2の実施形態における数式38および数式39の演算について適用することもできる。すなわち、第2の実施形態において、最適化演算部53が、3次、4次モード剛性のみ先行して算出し、次いで数式38および数式39の演算を行ってもよい。
It should be noted that the present invention can also be applied to the calculations of Formula 38 and Formula 39 in the second embodiment. That is, in the second embodiment, the
(第5実施形態)
第1実施形態では特性行列として数式33ないし35に示すような値が得られた。ここで、数式34の減衰行列と数式35の剛性行列を詳細に見ると、真の値である数式15の行列では0となるべき成分(1行3列、3行1列、2行4列、4行2列、3行4列、4行3列)の値について、微小ではあるものの誤差が生じている。直接接続されていない自由度の間(自由度x1と自由度x3、自由度x2と自由度x4、自由度x3と自由度x4)では相互に連成が生じないから、連成が生じない上記の成分は、構造物Oの接続構成から特定が可能である。そこで、数式35の剛性行列で連成が生じない成分を0に設定する。すなわち、この実施形態では行列演算部54は、数式45を演算する。
In the first embodiment, values as shown in Equations 33 to 35 are obtained as the characteristic matrix. Here, when the attenuation matrix of Equation 34 and the stiffness matrix of Equation 35 are viewed in detail, the component (1 row 3 column, 3
数式33と数式45を用いて数式2の固有値問題を解くと、モード行列として数式46が得られる。
グラム・シュミットの方法では、数式9に見るように初期ベクトルが必要であり、初期ベクトルが真のベクトルに近似しているほど精度が高まる。そこで、数式45で得られた固有振動モードベクトルを初期値として直交化式である数式9に代入してモード行列の改良をはかると、減衰行列、剛性行列はそれぞれ数式47および数式48のように表される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…振動測定装置、10…インパルスハンマー、15…ロードセル、21〜24…加速度ピックアップ、30…信号ケーブル、40…FFTアナライザ、50…演算部、51…低次モード演算部、52…高次ベクトル演算部、53…最適化演算部、54…行列演算部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記伝達関数に基づいて、前記周波数帯域における前記測定対象物のモード・パラメータを算出する低次モード演算部と、
前記周波数帯域における前記モード・パラメータに基づいて、前記周波数帯域外の固有振動数に対応する固有振動モードベクトルを推定する高次モードベクトル推定部と、
前記固有振動モードベクトルに基づいて前記周波数帯域外における前記測定対象物のモード・パラメータを算出し、該算出したモード・パラメータを用いて表した第1の高次モード加速度応答、および、前記測定対象物の伝達関数における加速度応答と前記高次モードベクトル推定部が推定した前記周波数帯域外の固有振動数に対応する固有振動モードベクトルとを乗算して得た第2の高次モード加速度応答の差を、前記周波数帯域において最小とする演算を行う最適化演算部と
を具備する振動測定装置。 Based on the excitation force signal indicating the excitation force to the excitation point of the measurement object and the acceleration signal indicating the acceleration at the measurement point of the measurement object generated by the excitation force, in the predetermined frequency band A fast Fourier transform unit for calculating the transfer function of the measurement object;
Based on the transfer function, a low-order mode calculation unit that calculates a mode parameter of the measurement object in the frequency band;
A higher-order mode vector estimation unit that estimates a natural vibration mode vector corresponding to a natural frequency outside the frequency band based on the mode parameter in the frequency band;
A mode parameter of the measurement object outside the frequency band is calculated based on the natural vibration mode vector, a first higher-order mode acceleration response expressed using the calculated mode parameter, and the measurement object The difference between the acceleration response in the transfer function of the object and the second higher-order mode acceleration response obtained by multiplying the natural vibration mode vector corresponding to the natural frequency outside the frequency band estimated by the higher-order mode vector estimation unit A vibration measurement device comprising an optimization calculation unit that performs a calculation for minimizing the frequency band in the frequency band.
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Cited By (3)
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CN107943757A (en) * | 2017-12-01 | 2018-04-20 | 大连理工大学 | A kind of exponent number in modal idenlification based on Sparse Component Analysis determines method |
CN110022522A (en) * | 2019-01-29 | 2019-07-16 | 浙江中科电声研发中心 | The loudspeaker vibration component resonant frequency measuring system and measurement method motivated using vibration excitor |
CN111693831A (en) * | 2020-06-09 | 2020-09-22 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | Vibration detection method for loosening basin-type insulator of combined electrical appliance |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107943757A (en) * | 2017-12-01 | 2018-04-20 | 大连理工大学 | A kind of exponent number in modal idenlification based on Sparse Component Analysis determines method |
WO2019104904A1 (en) * | 2017-12-01 | 2019-06-06 | 大连理工大学 | Method for determining order in sparse component analysis-based modal identification |
CN107943757B (en) * | 2017-12-01 | 2020-10-20 | 大连理工大学 | Order determination method based on sparse component analysis modal identification |
CN110022522A (en) * | 2019-01-29 | 2019-07-16 | 浙江中科电声研发中心 | The loudspeaker vibration component resonant frequency measuring system and measurement method motivated using vibration excitor |
CN110022522B (en) * | 2019-01-29 | 2023-11-07 | 浙江中科电声研发中心 | System and method for measuring resonant frequency of loudspeaker vibrating component excited by vibration exciter |
CN111693831A (en) * | 2020-06-09 | 2020-09-22 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | Vibration detection method for loosening basin-type insulator of combined electrical appliance |
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