JP6663825B2 - Sound and vibration simulation program - Google Patents

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Description

本発明は、音振動シミュレーションプログラムに関する。   The present invention relates to a sound vibration simulation program.

製品開発の短期化や最適化を目的として、従来、試作品を用いた試験で行っていた性能や機能評価を、シミュレーションによって開発上流で行うモデルベース開発が普及している。モデルベース開発では、電気や機械、流体などの異なる分野の部品から構成される製品をモデル化するために、部品間のエネルギーの流れを、エネルギーを規定する量(位差量)と強さ(流動量)という2次元量のやり取りにより表現する方法が知られている(例えば、特許文献1)。   For the purpose of shortening and optimizing product development, model-based development, in which performance and function evaluations conventionally performed in tests using prototypes are performed upstream in development by simulation, has become widespread. In model-based development, in order to model a product composed of components in different fields such as electricity, machinery, and fluid, the flow of energy between components is controlled by the amount (potential amount) and strength (potential amount) that define energy. A method of expressing the flow by exchanging a two-dimensional quantity called a flow rate is known (for example, Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、部品の物理特性を集中定数として表すので、製品動作時のエネルギー収支の計算は可能であるが、3次元部品形状に依存する製品の音振動性能を直接評価することができない。そのため、製品の音振動性能を評価するためには、例えば、特許文献2に記載のような音振動特性分析方法を用いる必要がある。この分析方法は、製品の3次元形状を有限要素法などでモデル化し、モデル外部で別途計算した加振力を入力して評価するものである。   However, in the technology described in Patent Document 1, since the physical characteristics of components are expressed as lumped constants, it is possible to calculate the energy balance during product operation. However, the sound vibration performance of products depending on the three-dimensional component shape can be directly calculated. Can not be evaluated. Therefore, in order to evaluate the sound and vibration performance of a product, it is necessary to use a sound and vibration characteristic analysis method as described in Patent Document 2, for example. In this analysis method, a three-dimensional shape of a product is modeled by a finite element method or the like, and an excitation force separately calculated outside the model is input and evaluated.

特開2002−175338号公報JP 2002-175338 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術に特許文献2に記載の分析方法を適用して音振動特性を分析する方法では、特許文献1に記載の製品動作シミュレータから出力された加振力を特許文献に2に記載の音振動シミュレータに入力して、音振動を再現することになる。この場合、製品動作時のエネルギー収支と音振動のエネルギー収支とは別々のシミュレータにより独立して計算されるため、全体のエネルギー収支が成立しないという問題があった。   However, in the method of analyzing sound vibration characteristics by applying the analysis method described in Patent Document 2 to the technology described in Patent Document 1, the excitation force output from the product operation simulator described in Patent Document 1 The sound and vibration are input to the sound and vibration simulator described in 2 above to reproduce the sound and vibration. In this case, there is a problem that the energy balance during the operation of the product and the energy balance of the sound vibration are independently calculated by different simulators, and thus the entire energy balance is not established.

本発明の第1の態様によると、音振動シミュレーションプログラムは、部品からの作用として入力される第1パラメータ及び/または第2パラメータに基づいて、コンピュータを、前記部品に取り付けられた構造体の音振動シミュレーションを行う音振動シミュレータとして機能させるための音振動シミュレーションプログラムであって、仕事率または仕事の次元を前記第1パラメータの次元で除した次元を有する第2パラメータを、入力される前記第1パラメータに対応して出力する第1演算部、または、前記第1パラメータを入力される前記第2パラメータに対応して出力する第2演算部、として前記コンピュータを機能させ、前記第1演算部は、前記第1パラメータおよび第1特性を含む関数の演算処理を行い、前記第2演算部は、前記第2パラメータおよび第2特性を含む関数の演算処理を行い、前記第1特性および前記第2特性は、前記音振動シミュレーションにおける前記構造体の形状を特徴付ける特性であって、前記第1特性は、前記第2パラメータと関わる無次元の値であり、前記第2特性は、前記第1パラメータと関わる無次元の値である。 According to a first aspect of the present invention, a sound and vibration simulation program causes a computer, based on a first parameter and / or a second parameter input as an action from a part, to generate a sound of a structure attached to the part. A sound / vibration simulation program for functioning as a sound / vibration simulator for performing a vibration simulation, wherein a second parameter having a dimension obtained by dividing a power or a work dimension by the dimension of the first parameter is input to the first parameter. Causing the computer to function as a first operation unit that outputs corresponding to the parameter, or a second operation unit that outputs the first parameter corresponding to the input second parameter, wherein the first operation unit , performs arithmetic processing function containing the first parameter and the first characteristic, the second arithmetic unit, before Performs arithmetic processing function containing second parameters and the second characteristic, the first characteristic and the second characteristic is a characteristic that characterizes a shape of the structure in the sound vibration simulation, the first characteristic, The dimension is a dimensionless value related to the second parameter, and the second characteristic is a dimensionless value related to the first parameter.

本発明によれば、製品全体の動作をシミュレーションする製品動作シミュレータに組み込んで製品全体のエネルギー収支の検討が可能な音振動シミュレーションモデルを提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a sound / vibration simulation model that can be incorporated into a product operation simulator that simulates the operation of the entire product and that can study the energy balance of the entire product.

図1は、音振動シミュレーションモデルが組み込まれた製品全体シミュレータの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an entire product simulator in which a sound vibration simulation model is incorporated. 図2は、有限要素モデルにより表された部品形状の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a component shape represented by a finite element model. 図3は、本実施の形態の音振動シミュレーションプログラムが実行されるハードウェアを説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating hardware on which the sound vibration simulation program according to the present embodiment is executed. 図4は、製品全体シミュレータにおける処理手順を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a processing procedure in the entire product simulator. 図5は、比較例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a comparative example. 図6は、機能ブロック図の一例を示したものである。FIG. 6 shows an example of a functional block diagram.

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第1の実施の形態−
図1は本発明の第1の実施形態を説明する図であり、製品全体シミュレータ13を示す図である。図1は、本実施の形態の音振動シミュレーションモデル10を製品動作モデルに組込んで構築した、製品全体シミュレータ13の一例を示す図である。製品全体シミュレータ13は、製品動作シミュレータ3と、2つの音振動シミュレーションモデル10とで構成されている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
-1st Embodiment-
FIG. 1 is a view for explaining the first embodiment of the present invention, and is a view showing a whole product simulator 13. FIG. 1 is a diagram showing an example of an entire product simulator 13 constructed by incorporating a sound vibration simulation model 10 of the present embodiment into a product operation model. The whole product simulator 13 includes a product operation simulator 3 and two sound vibration simulation models 10.

製品動作シミュレータ3は、製品を構成する部品の機能モデルである部品モデル4を複数有する。部品モデル4では、部品の物理特性は集中定数として表されている。製品動作シミュレータ3においては、複数の部品モデル4間における第1パラメータP1と第2パラメータP2のやり取りによって、製品動作時の部品間のエネルギー収支を再現する。第1パラメータP1と第2パラメータP2は部品モデル4間でやりとりされるエネルギーを表現するものであり、第1パラメータP1の次元は、仕事率[J/s]または仕事[J]の次元を第2パラメータP2の次元で除した次元になっている。すなわち、第1パラメータP1の次元と第2パラメータP2の次元との積は、仕事率[J/s]または仕事[J]の次元になっている。なお、第1パラメータP1および第2パラメータP2の一方が前述した位差量に対応し、他方が流動量に対応する。   The product operation simulator 3 has a plurality of component models 4 which are function models of components constituting a product. In the part model 4, the physical characteristics of the part are represented as lumped constants. The product operation simulator 3 reproduces an energy balance between components during product operation by exchanging the first parameter P1 and the second parameter P2 between the plurality of component models 4. The first parameter P1 and the second parameter P2 express the energy exchanged between the part models 4, and the dimension of the first parameter P1 is the power [J / s] or the dimension of the work [J]. It is the dimension divided by the dimension of the two parameters P2. That is, the product of the dimension of the first parameter P1 and the dimension of the second parameter P2 is the dimension of the power [J / s] or the work [J]. It should be noted that one of the first parameter P1 and the second parameter P2 corresponds to the above-described position difference amount, and the other corresponds to the flow amount.

例えば、製品動作シミュレータ3が電気車両の電動パワートレーンに関するものである場合には、複数の部品モデル4は、インバータ、モータ、ギアボックス、車両等の部品モデルで構成される。インバータとモータとの間でやり取りされる第1パラメータP1および第2パラメータP2の場合、一方は電圧であり他方は電流である。また、モータとギアボックスとの間でやり取りされる第1パラメータP1および第2パラメータP2の場合、一方は回転速度であり他方はトルクである。   For example, when the product operation simulator 3 relates to an electric power train of an electric vehicle, the plurality of component models 4 are configured by component models of an inverter, a motor, a gearbox, a vehicle, and the like. In the case of the first parameter P1 and the second parameter P2 exchanged between the inverter and the motor, one is a voltage and the other is a current. In the case of the first parameter P1 and the second parameter P2 exchanged between the motor and the gearbox, one is a rotational speed and the other is a torque.

図1に示す例では、音振動シミュレーションモデル10として、2つの音振動シミュレーションモデル10A,10Bが設けられている。ここでは、部品モデル4に取り付けられた第1の部品に対して、さらに第2の部品が取り付けられている場合を例に示した。ここでは、音振動シミュレーションモデル10Aは第1の部品の振動をシミュレートし、音振動シミュレーションモデル10Bは第2の部品の振動をシミュレートする。   In the example shown in FIG. 1, two sound vibration simulation models 10A and 10B are provided as the sound vibration simulation model 10. Here, an example is shown in which the second component is further attached to the first component attached to component model 4. Here, the sound vibration simulation model 10A simulates the vibration of the first component, and the sound vibration simulation model 10B simulates the vibration of the second component.

音振動シミュレーションモデル10は、第1パラメータP1を受信し、かつ、第2パラメータP2を送信する第1演算部8(8A〜8C)と、第2パラメータP2を受信し、かつ、第1パラメータP1を送信する第2演算部9(9A〜9C)とで構成されている。第1演算部8は、第1パラメータP1および部品の形状に関する第1特性C1を含む関数F1として表わされ、第2演算部9は、第2パラメータP2および部品の形状に関する第2特性C2を含む関数F2として表わされる。   The sound vibration simulation model 10 receives the first parameter P1 and transmits the second parameter P2, the first calculation unit 8 (8A to 8C), the second parameter P2, and the first parameter P1. And the second operation unit 9 (9A to 9C) for transmitting the data. The first calculation unit 8 is expressed as a function F1 including a first parameter P1 and a first characteristic C1 related to the shape of the component, and the second calculation unit 9 calculates a second parameter P2 and a second characteristic C2 related to the shape of the component. It is represented as a function F2 including.

すなわち、第1演算部8は、P2=F1(C1,P1)のように、第1特性C1により第1パラメータP1を第2パラメータP2に変換するものである。同様に、第2演算部9は、P1=F2(C2,P2)のように、第2特性C2により第2パラメータP2を第1パラメータP1に変換するものである。   That is, the first calculation unit 8 converts the first parameter P1 into the second parameter P2 using the first characteristic C1, such as P2 = F1 (C1, P1). Similarly, the second calculation unit 9 converts the second parameter P2 into the first parameter P1 using the second characteristic C2, such as P1 = F2 (C2, P2).

なお、第1特性C1は、第2パラメータP2の次元の比率であり、第2特性C2は、第1パラメータP1の次元の比率である。   Note that the first characteristic C1 is a dimension ratio of the second parameter P2, and the second characteristic C2 is a dimension ratio of the first parameter P1.

製品動作シミュレータ3の部品モデル4の場合には、前述したように、各部品モデル4は部品の物理特性を集中定数として表している。一方、本実施の形態の音振動シミュレーションモデル10では、有限要素法を用いたモデル化により、部品の形状に関する特性を、部品の形状を離散化した各点での振動特性や応力特性で構成するようにした。   In the case of the component model 4 of the product operation simulator 3, as described above, each component model 4 represents the physical characteristics of the component as a lumped constant. On the other hand, in the sound and vibration simulation model 10 of the present embodiment, the characteristics related to the shape of the component are configured by the vibration characteristics and the stress characteristics at each point where the shape of the component is discretized by modeling using the finite element method. I did it.

図2は、有限要素モデルにより表された部品形状(部品モデル20)の一例を示す図である。部品モデル20は、離散化された4つの節点200a〜200dを有する四面体形状で表されている。図2の四面体形状で表される部品の構造体に振動が生じると、隣接する節点との間でエネルギーのやり取りが生じる。すなわち、各節点のそれぞれが、エネルギーモデルにおける部品モデルに対応するものと考えることができ、各節点間において第1および第2パラメータのやり取りが行われる。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a component shape (component model 20) represented by a finite element model. The part model 20 is represented by a tetrahedral shape having four discrete nodes 200a to 200d. When vibration occurs in the structure of the component represented by the tetrahedral shape in FIG. 2, energy is exchanged between adjacent nodes. That is, each of the nodes can be considered to correspond to the component model in the energy model, and the first and second parameters are exchanged between the nodes.

また、いずれかの節点に対応する位置において他の部品と接続すると、その節点と接続された他の部品との間で第1パラメータP1および第2パラメータP2のやり取りが行われる。この第1パラメータP1および第2パラメータP2のやり取りが、図1に示した第1演算部8(8A〜8C),第2演算部9(9A〜9C)によって規定される。上述したように、第1演算部8および第2演算部9はパラメータと特性とを含む関数として表されるが、関数の形はどのような特性をシミュレートするかに応じて決まる。例えば、ここでは、構造体の振動のシミュレーションに対応した関数が適用される。関数の決定方法についての詳細説明は省略するが、特許文献1におけるエネルギーモデルの場合と同様の考え方を適用することができる。例えば、部品モデル4において、第1パラメータP1および第2パラメータP2が振動系のパラメータである場合の機能ブロックと同様に構成される。   Further, when a connection is made with another part at a position corresponding to any one of the nodes, the first parameter P1 and the second parameter P2 are exchanged between the other part and the connected part. The exchange of the first parameter P1 and the second parameter P2 is defined by the first calculator 8 (8A to 8C) and the second calculator 9 (9A to 9C) shown in FIG. As described above, the first operation unit 8 and the second operation unit 9 are represented as functions including parameters and characteristics, and the form of the function is determined according to what characteristics are simulated. For example, here, a function corresponding to the simulation of the vibration of the structure is applied. Although a detailed description of the method for determining the function is omitted, the same concept as in the case of the energy model in Patent Document 1 can be applied. For example, in the component model 4, the configuration is the same as that of the functional block in the case where the first parameter P1 and the second parameter P2 are parameters of the vibration system.

図6は、機能ブロック図の一例を示したものである。上述した音振動シミュレーションモデル10は、このような機能ブロック図で表現される処理を実行するプログラムとして与えられる。ここで示す例は、第1パラメータを速度[m/s]、第2パラメータを力[N]の振動系として表わした部品モデル20において、節点200aに第2演算部9を、節点200bに第1演算部8を設定した場合の機能ブロック図である。   FIG. 6 shows an example of a functional block diagram. The above-described sound vibration simulation model 10 is provided as a program that executes processing represented by such a functional block diagram. In the example shown here, in the part model 20 in which the first parameter is expressed as a vibration system of speed [m / s] and the second parameter is expressed as a vibration system of force [N], the second calculation unit 9 is set at the node 200a and the second calculation unit is set at the node 200b. FIG. 3 is a functional block diagram when one arithmetic unit 8 is set.

具体的に、第2演算部9の演算機能を詳細に説明する。第2演算部9は、部品モデル4が出力する第2パラメータP2Aと、第1演算部8が送信する第2パラメータP2Cを受信し、部品モデル4に第1パラメータP1Dと、第1演算部8に第1パラメータP1Cを送信する。そのうち、第2パラメータP2Aに対しては、まず、節点200aにおける形状に関する振動の第2特性C2が積算され、第2パラメータP2Bが出力される。ここで、第2特性は速度[m/s]の次元の比率であり、有限要素法により表された部品モデル20の固有値解析から得られるものである。   Specifically, the calculation function of the second calculation unit 9 will be described in detail. The second operation unit 9 receives the second parameter P2A output by the component model 4 and the second parameter P2C transmitted by the first operation unit 8, and adds the first parameter P1D to the component model 4 and the first operation unit 8 To the first parameter P1C. Among them, for the second parameter P2A, first, the second characteristic C2 of the vibration related to the shape at the node 200a is integrated, and the second parameter P2B is output. Here, the second characteristic is the ratio of the dimension of the speed [m / s], and is obtained from the eigenvalue analysis of the part model 20 represented by the finite element method.

つぎに、第1変換特性201に、第2パラメータP2Bおよび第2パラメータP2Cが入力され、第1パラメータP1Aが出力される。第1変換特性201の機能は、式を用いると次式(1)のように表わすことができる。
第1パラメータP1A=第1変換特性201
×(第2パラメータP2B−第2パラメータP2C)
・・・(1)
Next, the second parameter P2B and the second parameter P2C are input to the first conversion characteristic 201, and the first parameter P1A is output. The function of the first conversion characteristic 201 can be expressed by the following equation (1) using an equation.
First parameter P1A = first conversion characteristic 201
× (second parameter P2B-second parameter P2C)
... (1)

ここで第1変換特性201は、部品モデル20の質量特性や塑性変形など、第2パラメータP2の次元を第1パラメータP1の次元に変換する機能を有しており、有限要素法などで得ることができる。出力された第1パラメータP1Aは、分岐202により、部品モデル4に向かう第1パラメータP1Bと、第1演算部8に向かう第1パラメータP1Cに分岐される。第1パラメータP1Bに対しては、節点200aにおける形状に関する振動の第2特性C2が積算され、第1パラメータP1Dが出力される。   Here, the first conversion characteristic 201 has a function of converting the dimension of the second parameter P2 into the dimension of the first parameter P1, such as the mass characteristic and plastic deformation of the part model 20, and can be obtained by a finite element method or the like. Can be. The output first parameter P1A is branched by a branch 202 into a first parameter P1B toward the part model 4 and a first parameter P1C toward the first operation unit 8. For the first parameter P1B, the second characteristic C2 of the vibration related to the shape at the node 200a is integrated, and the first parameter P1D is output.

なお、第1演算部8についての詳細説明は第2演算部9と同様のため省略するが、第2変換特性203は、部品モデル20の剛性特性や粘性摩擦など、第1パラメータP1の次元を第2パラメータP2の次元に変換する機能を有している。   The detailed description of the first calculation unit 8 is omitted because it is the same as that of the second calculation unit 9. However, the second conversion characteristic 203 indicates the dimension of the first parameter P1 such as the rigidity characteristic and the viscous friction of the part model 20. It has a function of converting to the dimension of the second parameter P2.

一方、構造体の振動特性、すなわち、各節点における形状に関する振動特性は上述した第1特性C1および第2特性C2で表現される。図2(a)に示す部品モデル20の各節点200a〜200dには、図2(b)に示すような第1特性C1および第2特性C2がそれぞれ設定される。図2(b)では、第1パラメータP1の次元と第2パラメータP2の次元との積が仕事率[J/s]の場合と、仕事[J]の場合との両方を示した。   On the other hand, the vibration characteristics of the structure, that is, the vibration characteristics related to the shape at each node are expressed by the above-described first characteristic C1 and second characteristic C2. A first characteristic C1 and a second characteristic C2 as shown in FIG. 2B are respectively set at the nodes 200a to 200d of the component model 20 shown in FIG. FIG. 2B shows both the case where the product of the dimension of the first parameter P1 and the dimension of the second parameter P2 is the power [J / s] and the case where the product is the work [J].

音振動シミュレーションモデル10Aでは振動のシミュレーションが行われるので、次元の積が仕事率[J/s]の場合には、第1特性C1は力[N]の比率で表され、第2特性C2は速度[m/s]の比率で表される。これは、節点に力が作用したときに、その節点に第2特性C2の定数倍の速度が生じることを表している。振動シミュレーションの場合、第1パラメータP1は速度[m/s]または変位[m]となり、第2パラメータP2は力[N]となる。すなわち、第1演算部8では、速度の次元の第1パラメータP1および力の比率の第1特性C1から、力の次元の第2パラメータP2が出力される。第2演算部9では、力の次元の第2パラメータP2および速度の比率の第2特性C2から、速度の次元の第2パラメータが出力される。   Since the vibration simulation is performed in the sound vibration simulation model 10A, when the dimensional product is power [J / s], the first characteristic C1 is represented by the ratio of the force [N], and the second characteristic C2 is represented by: It is represented by the ratio of speed [m / s]. This indicates that when a force is applied to a node, a speed that is a constant multiple of the second characteristic C2 is generated at the node. In the case of the vibration simulation, the first parameter P1 is a velocity [m / s] or a displacement [m], and the second parameter P2 is a force [N]. That is, the first calculation unit 8 outputs the second parameter P2 of the force dimension from the first parameter P1 of the speed dimension and the first characteristic C1 of the force ratio. The second computing unit 9 outputs the second parameter of the speed dimension from the second parameter P2 of the force dimension and the second characteristic C2 of the speed ratio.

また、次元の積が仕事[J]の場合には、第1特性C1は力[N]の比率で表され、第2特性C2は変位[m]の比率で表される。これは、節点に力が作用したときに、その節点に第2特性C2の定数倍の変位が生じることを表している。なお、部品モデル20はソリッド要素のため各節点は3次元における運動(変位)となり、速度、変位、力はX,Y,Zの3方向の成分から成る。   When the product of the dimensions is work [J], the first characteristic C1 is represented by the ratio of the force [N], and the second characteristic C2 is represented by the ratio of the displacement [m]. This means that when a force is applied to a node, a displacement that is a constant multiple of the second characteristic C2 occurs at the node. Since the component model 20 is a solid element, each node becomes a motion (displacement) in three dimensions, and the speed, displacement, and force are composed of components in three directions of X, Y, and Z.

図2の部品モデル20は4つの節点200a〜200dを有しているが、いずれの節点も、部品モデル4と接続される接続点に適用することが可能である。例えば、節点200b、200cを部品モデル4との接続点に選択した場合、部品モデル4との間の第1演算部8または第2演算部9は、節点200b、200cの第1特性C1または第2特性C2を含む関数として表される。なお、一つの節点の変位は他の節点へ影響を及ぼすので、例えば、図1に示す第1演算部8Aから出力される第2パラメータP2は、部品モデル4だけでなく、第2演算部9A,9Bにも入力される。   Although the component model 20 in FIG. 2 has four nodes 200a to 200d, any of the nodes can be applied to a connection point connected to the component model 4. For example, when the nodes 200b and 200c are selected as the connection points with the part model 4, the first calculation unit 8 or the second calculation unit 9 between the part model 4 and the first characteristic C1 of the nodes 200b and 200c or It is expressed as a function including two characteristics C2. Since the displacement of one node affects other nodes, for example, the second parameter P2 output from the first calculation unit 8A shown in FIG. , 9B.

なお、部品モデル4との接続点である節点に対して第1演算部8および第2演算部9のどちらを適用するかは、例えば、次のように行われる。すなわち、部品モデル4の接続点の剛性が、部品モデル20の接続点の剛性に対して十分高い場合は、部品モデル4は速度[m/s]、または変位[m]を出力すると考えられるため、それらを受信し、力を部品モデル4に対して送信する第1演算部8を適用する。逆に、部品モデル4の接続点の剛性が、部品モデル20の接続点の剛性に対して十分低い場合は、部品モデル4は力[N]を出力すると考えられるため、力を受信し、速度[m/s]、または変位[m]を部品モデル4に対して送信する第2演算部9を適用する。   It should be noted that which of the first calculation unit 8 and the second calculation unit 9 is applied to a node that is a connection point with the component model 4 is determined as follows, for example. That is, when the rigidity of the connection point of the component model 4 is sufficiently higher than the rigidity of the connection point of the component model 20, the component model 4 is considered to output the speed [m / s] or the displacement [m]. , A first calculation unit 8 that receives them and transmits a force to the part model 4 is applied. Conversely, if the stiffness of the connection point of the component model 4 is sufficiently lower than the stiffness of the connection point of the component model 20, the component model 4 is considered to output a force [N]. A second operation unit 9 that transmits [m / s] or displacement [m] to the part model 4 is applied.

データベース16Aには、各節点200a〜200dに関する第1特性C1および第2特性C2が記憶されている。なお、データベース16Bは音振動シミュレーションモデル10Bに対して設けられたデータベースであり、データベース16Aの場合と同様に構成されている。   The database 16A stores a first characteristic C1 and a second characteristic C2 for each of the nodes 200a to 200d. The database 16B is a database provided for the sound vibration simulation model 10B, and has the same configuration as the database 16A.

図2(b)に示したように、ソリッド要素の場合、一つの節点は第1特性C1と第2特性C2とを合わせて6個の特性を持つので、図2(a)に示すような4つの節点を有する部品モデル20の場合、合計で24個の特性を有することになる。図1に示す音振動シミュレーションモデル10Aの第1演算部8A、8Bや第2演算部9A、9Bは、これら24個の特性の一部を採用して構成されている。つまり、第1特性C1のデータベースの自由度f1と第2特性C2のデータベースの自由度f2の総数は、音振動シミュレーションモデル10Aの有する第1演算部8A、8Bおよび第2演算部9A、9Bの総数以上となっている。   As shown in FIG. 2B, in the case of a solid element, one node has six characteristics including the first characteristic C1 and the second characteristic C2. In the case of the component model 20 having four nodes, it has a total of 24 characteristics. The first calculation units 8A and 8B and the second calculation units 9A and 9B of the sound vibration simulation model 10A shown in FIG. 1 are configured by adopting some of these 24 characteristics. That is, the total number of the degrees of freedom f1 of the database of the first characteristic C1 and the degrees of freedom f2 of the database of the second characteristic C2 is determined by the first calculation units 8A and 8B and the second calculation units 9A and 9B of the sound vibration simulation model 10A. It is more than the total number.

これにより、音振動シミュレーションモデル10Aの第1演算部8A、8Bや第2演算部9A、9Bで採用する特性を変更することで、取り付け位置の変更を再現することができる。例えば、図1において、部品モデル4と部品モデル20との取り付け位置が図2(a)の節点200a、200bであった場合、第1演算部8A、第2演算部9Aの特性には節点200a、200bの特性が用いられるが、第2演算部9Aの特性を節点200cの特性に変更することで、取付け位置を変更した場合のエネルギー収支の違いを推定することができる。   Thereby, the change of the mounting position can be reproduced by changing the characteristics adopted in the first calculation units 8A and 8B and the second calculation units 9A and 9B of the sound vibration simulation model 10A. For example, in FIG. 1, when the mounting positions of the part model 4 and the part model 20 are the nodes 200a and 200b in FIG. 2A, the characteristics of the first calculation unit 8A and the second calculation unit 9A indicate the node 200a. , 200b, but by changing the characteristic of the second computing unit 9A to the characteristic of the node 200c, it is possible to estimate a difference in energy balance when the mounting position is changed.

また、例えば、データベース16Aの第1特性C1と第2特性C2を、4面体形状の部品モデル20から、その他の形状部品の特性に書き換えることで、形状変更した際の製品全体のエネルギー収支を検討できる効果がある。   Also, for example, the first property C1 and the second property C2 of the database 16A are rewritten from the tetrahedral part model 20 to the characteristics of other shaped parts, thereby examining the energy balance of the entire product when the shape is changed. There is an effect that can be done.

なお、音振動シミュレーションモデル10として音場モデルを用いる場合には、次元の積が仕事率[J/s]の場合には、第1パラメータP1の次元は体積速度[m3/s]となり、第2パラメータP2の次元は音圧[Pa]となる。また、次元の積が仕事[J]の次元の場合には、第1パラメータP1の次元は体積[m3]となり、第2パラメータP2の次元は音圧[Pa]となる。これにより、仕事率、または、仕事として製品全体のエネルギー収支を検討することができる。 When a sound field model is used as the sound vibration simulation model 10, when the product of the dimensions is power [J / s], the dimension of the first parameter P1 is the volume velocity [m 3 / s], The dimension of the second parameter P2 is sound pressure [Pa]. When the product of the dimensions is the dimension of work [J], the dimension of the first parameter P1 is volume [m 3 ], and the dimension of the second parameter P2 is sound pressure [Pa]. As a result, the work rate or the energy balance of the entire product as work can be examined.

例えば、部品モデル20で表される構造体が振動して発生する騒音をシミュレートする場合には、構造体の振動をシミュレートする音振動シミュレーションモデル10Aに対して、音場モデルの音振動シミュレーションモデル10Bを接続する。音振動シミュレーションモデル10Bは、音振動シミュレーションモデル10Aのシミュレーション結果に基づいて騒音をシミュレートする。   For example, when simulating the noise generated by the vibration of the structure represented by the part model 20, the sound vibration simulation model 10A simulating the vibration of the structure is compared with the sound vibration simulation of the sound field model. Connect the model 10B. The sound vibration simulation model 10B simulates noise based on the simulation result of the sound vibration simulation model 10A.

図3は、音振動シミュレーションモデル10に関するプログラム(音振動シミュレーションプログラム)を実行するハードウェアを構成するコンピュータ100の、概略構成を示す図である。コンピュータ100は、CPU101と、メモリ102と、入力装置103と、ハードディスク104と、ディスプレイ105とを備えている。これらは、システムバス106を介して接続されている。CPU101は、コンピュータ100の制御・演算部として機能し、音振動シミュレーションモデル10のプログラムを実行する。また、CPU101は、製品動作シミュレータ3のプログラムを実行する。すなわち、製品全体シミュレータ13は、製品動作シミュレータ3のプログラムと音振動シミュレーションモデル10のプログラムとで構成される。   FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a computer 100 that configures hardware that executes a program (sound vibration simulation program) related to the sound vibration simulation model 10. The computer 100 includes a CPU 101, a memory 102, an input device 103, a hard disk 104, and a display 105. These are connected via a system bus 106. The CPU 101 functions as a control / arithmetic unit of the computer 100, and executes a program of the sound vibration simulation model 10. Further, the CPU 101 executes a program of the product operation simulator 3. That is, the entire product simulator 13 includes a program for the product operation simulator 3 and a program for the sound vibration simulation model 10.

メモリ102は、例えばRAM(Random Access Memory)であり、CPU101の作業領域として機能し、処理途中のデータ等が記憶される。ハードディスク104には、製品全体シミュレータ13を構成するプログラムやデータ等が記憶されている。これらのプログラムやデータは、CPU101によってメモリ102にロードされる。入力装置103は、例えばキーボードやマウスであり、オペレータが指示を入力するための入力部として機能する。   The memory 102 is, for example, a RAM (Random Access Memory), functions as a work area of the CPU 101, and stores data during processing and the like. The hard disk 104 stores programs, data, and the like that configure the entire product simulator 13. These programs and data are loaded into the memory 102 by the CPU 101. The input device 103 is, for example, a keyboard or a mouse, and functions as an input unit for an operator to input an instruction.

図4は、製品全体シミュレータ13における処理手順を説明する図である。製品全体シミュレータ13の処理が開始されると、まず、ステップS1において、音振動シミュレーション対象である構造体の接続点の入出力処理が行われる。オペレータは、入力装置103を用いて、構造体の接続点に対応する節点を指定する。そして、接続点の設定情報に基づいて、接続点に適用された節点のパラメータをデータベース16から読み出し、接続点に対応する演算部をそれぞれ設定する。例えば、第1パラメータP1を受信し、第2パラメータP2を送信する第1演算部8を、接続点に対して設定する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a processing procedure in the entire product simulator 13. When the process of the entire product simulator 13 is started, first, in step S1, an input / output process of a connection point of a structure to be subjected to a sound vibration simulation is performed. The operator uses the input device 103 to specify a node corresponding to the connection point of the structure. Then, based on the setting information of the connection points, the parameters of the nodes applied to the connection points are read out from the database 16, and the calculation units corresponding to the connection points are set. For example, the first computing unit 8 that receives the first parameter P1 and transmits the second parameter P2 is set for the connection point.

ステップS2では、製品動作シミュレータ3および音振動シミュレーションモデル10への、接続点からの入力を設定する。例えば、音振動シミュレーションモデル10の接続点が第1演算部8を有する場合、製品動作シミュレータ3への入力は、第1演算部8が送信する第2パラメータP2であり、音振動シミュレーションモデル10への入力は、第1演算部8が受信する第1パラメータP1である。   In step S2, inputs from the connection points to the product operation simulator 3 and the sound vibration simulation model 10 are set. For example, when the connection point of the sound vibration simulation model 10 has the first operation unit 8, the input to the product operation simulator 3 is the second parameter P2 transmitted by the first operation unit 8, Is the first parameter P1 received by the first calculation unit 8.

ステップS3では、数値積分を行い、ステップS2で設定した入力に応じた製品動作シミュレータ3および音振動シミュレーションモデル10Aの現在の状態を求め、接続点からの出力を計算する。例えば、音振動シミュレーションモデル10Aの接続点が第1演算部8を有する場合、製品動作シミュレータ3からの出力は、第1演算部8が受信する第1パラメータP1であり、音振動シミュレーションモデル10からの出力は、第1演算部8が送信する第2パラメータP2である。   In step S3, numerical integration is performed, the current state of the product operation simulator 3 and the sound vibration simulation model 10A according to the input set in step S2 is obtained, and the output from the connection point is calculated. For example, when the connection point of the sound vibration simulation model 10A has the first operation unit 8, the output from the product operation simulator 3 is the first parameter P1 received by the first operation unit 8, and the output from the sound vibration simulation model 10 Is the second parameter P2 transmitted by the first calculation unit 8.

なお、数値積分のステップは、製品動作シミュレータ3と音振動シミュレーションモデル10とで、一致している必要はない。すなわち、製品動作シミュレータ3と音振動シミュレーションモデル10とは、それぞれの時間スケールに応じた数値積分を独立に行っても良い。   The steps of the numerical integration need not be the same in the product operation simulator 3 and the sound vibration simulation model 10. That is, the product operation simulator 3 and the sound vibration simulation model 10 may independently perform numerical integration according to their respective time scales.

ステップS4では、計算の継続を確認する。継続する場合はステップS2に進み、終了する場合は計算を終了する。   In step S4, the continuation of the calculation is confirmed. When continuing, the process proceeds to step S2, and when ending, the calculation ends.

このように、音振動シミュレーションモデル10は、積の次元が仕事率または仕事の次元と第1パラメータP1および第2パラメータP2に関して、部品モデルから第1パラメータP1を受信して第2パラメータP2を部品モデルに送信する第1演算部8や、部品モデルから第2パラメータP2を受信して第1パラメータP1を部品モデルに送信する第1演算部9を備える。そのため、そのような音振動シミュレーションモデル10を製品動作シミュレータ3に組み込むことで、製品動作全体のエネルギー収支を検討することが可能となる。   As described above, the sound vibration simulation model 10 receives the first parameter P1 from the component model and converts the second parameter P2 to the component with respect to the product dimension or the work dimension and the first parameter P1 and the second parameter P2. There is provided a first calculation unit 8 for transmitting to the model and a first calculation unit 9 for receiving the second parameter P2 from the part model and transmitting the first parameter P1 to the part model. Therefore, by incorporating such a sound vibration simulation model 10 into the product operation simulator 3, it is possible to examine the energy balance of the entire product operation.

上述したように、本実施の形態の音振動シミュレーションモデル10のプログラム(音振動シミュレーションプログラム)をCPU101が実行することにより、コンピュータ100は、部品モデル4がシミュレートする部品に取り付けられた構造体の音振動シミュレーションを行う音振動シミュレータとして機能する。   As described above, by executing the program (sound vibration simulation program) of the sound vibration simulation model 10 of the present embodiment by the CPU 101, the computer 100 executes the program of the structure attached to the component simulated by the component model 4. It functions as a sound vibration simulator that performs sound vibration simulation.

そして、音振動シミュレーションプログラムは、コンピュータ100のCPU101を、仕事率または仕事の次元を第1パラメータP1の次元で除した次元を有する第2パラメータP2を、入力される第1パラメータP1に対応して出力する第1演算部8、または、仕事率または仕事の次元を第2パラメータP2の次元で除した次元を有する第1パラメータP1を、入力される第2パラメータP2に対応して出力する第2演算部9として機能させる。第1演算部8は、第1パラメータP1および第1特性C1を含む関数として表され、第2演算部9は、第2パラメータP2および第2特性C2を含む関数として表される。第1特性C1および第2特性C2は、音振動シミュレーションにおける構造体の形状を特徴付ける特性であって、第1特性C1は、第2パラメータP2の次元の比率であり、第2特性C2は、第1パラメータP1の次元の比率である。   Then, the sound vibration simulation program causes the CPU 101 of the computer 100 to change the second parameter P2 having a dimension obtained by dividing the power or the dimension of the work by the dimension of the first parameter P1 in correspondence with the input first parameter P1. The first operation unit 8 to output, or the second parameter P1 having a dimension obtained by dividing the power or the dimension of the work by the dimension of the second parameter P2, corresponding to the input second parameter P2, is output. It functions as the arithmetic unit 9. The first computing unit 8 is represented as a function including the first parameter P1 and the first characteristic C1, and the second computing unit 9 is represented as a function including the second parameter P2 and the second characteristic C2. The first characteristic C1 and the second characteristic C2 are characteristics that characterize the shape of the structure in the sound vibration simulation. The first characteristic C1 is a dimension ratio of the second parameter P2, and the second characteristic C2 is a second characteristic C2. This is the ratio of the dimension of one parameter P1.

このように、音振動シミュレーションモデル10に上述のような第1演算部8および第2演算部9を設けることで、部品モデル4と音振動シミュレーションモデル10との間のエネルギーのやり取りを含めたシミュレーションを行うことができる。その結果、製品動作全体のエネルギー収支を検討可能な製品全体シミュレータ13を構成することができる。また、第1演算部8および第2演算部9は、シミュレート対象である部品(構造体)の形状に関する第1特性C1と第2特性C2とを含む関数であるため、3次元部品形状に依存する製品の音振動特性をより正確に再現することができる。   As described above, by providing the first calculation unit 8 and the second calculation unit 9 in the sound vibration simulation model 10 as described above, the simulation including the exchange of energy between the component model 4 and the sound vibration simulation model 10 is performed. It can be performed. As a result, the entire product simulator 13 capable of examining the energy balance of the entire product operation can be configured. Further, since the first calculation unit 8 and the second calculation unit 9 are functions including the first characteristic C1 and the second characteristic C2 relating to the shape of the component (structure) to be simulated, the three-dimensional component shape is used. Sound and vibration characteristics of the dependent product can be reproduced more accurately.

図5は比較例を示す図である。前述したように、特許文献1に記載の方法では、3次元部品形状に依存する製品の音振動性能を直接評価することができない。一方、製品の音振動性能の評価に関しては、製品の3次元形状を有限要素法などでモデル化し、モデル外部で別途計算した加振力を入力して評価する手法が提案されている(例えば、特開2015−11567号公報)。   FIG. 5 shows a comparative example. As described above, the method described in Patent Document 1 cannot directly evaluate the sound vibration performance of a product that depends on the three-dimensional component shape. On the other hand, regarding the evaluation of the sound vibration performance of a product, a method has been proposed in which a three-dimensional shape of the product is modeled by a finite element method or the like, and a separately calculated excitation force is input outside the model to evaluate the product (for example, JP-A-2015-11567).

そのため、音振動をシミュレーションしようとした場合、図5に示すように、特許文献1を適用した製品動作シミュレータ3から加振力を出力させ、その加振力を特許文献2に記載のようにモデル化された音振動シミュレータ6に与えて、音振動をシミュレーションする方法が考えられる。   Therefore, when trying to simulate sound vibration, as shown in FIG. 5, a product operation simulator 3 to which Patent Document 1 is applied outputs an exciting force, and the exciting force is modeled as described in Patent Document 2. A method of simulating the sound vibration by giving the sound vibration simulator 6 is considered.

製品動作シミュレータ3は、複数の部品モデル4における第1パラメータP1と第2パラメータP2のやり取りによって、製品動作時の部品間のエネルギー収支を再現する。該当製品の音振動に関しては、製品動作シミュレータ3から出力された加振力5を音振動シミュレータ6に与えて、音振動を再現することになる。したがって、製品動作時のエネルギー収支と、音振動のエネルギー収支とは、別々のシミュレータにより独立して計算されるため、全体のエネルギー収支が成立しないという問題があった。   The product operation simulator 3 reproduces an energy balance between components during product operation by exchanging the first parameter P1 and the second parameter P2 in the plurality of component models 4. With regard to the sound vibration of the product, the exciting force 5 output from the product operation simulator 3 is applied to the sound vibration simulator 6 to reproduce the sound vibration. Therefore, there is a problem that the energy balance during the operation of the product and the energy balance of the sound vibration are independently calculated by different simulators, so that the entire energy balance is not established.

一方、本実施の形態では、上述した第1演算部8や第2演算部9を備え、部品モデル4と構造体とエネルギーのやり取りを再現するようにしているので、製品動作全体のエネルギー収支を検討可能な製品全体シミュレータ13を構成することができる。   On the other hand, in the present embodiment, since the first operation unit 8 and the second operation unit 9 described above are provided to reproduce the exchange of energy between the component model 4 and the structure, the energy balance of the entire product operation can be improved. The whole product simulator 13 that can be considered can be configured.

なお、本実施の形態の音振動シミュレーションモデル10のプログラムは、単体としても動作可能であり、必ずしも製品動作シミュレータ3に組込んで製品全体シミュレータ13として動作させる必要はない。   The program of the sound vibration simulation model 10 according to the present embodiment can be operated alone, and does not necessarily need to be incorporated in the product operation simulator 3 and operated as the entire product simulator 13.

さらに、節点200a〜200dに対応付けられた第1特性C1および第2特性C2を有し、コンピュータ100のハードディスク104を、節点200a〜200dに対応付けられた第1特性C1および第2特性C2、すなわちデータベース16Aを格納するデータ格納部として機能させる。それによって、音振動シミュレーションモデル10の第1演算部8や第2演算部9で採用する特性を変更することで、取り付け位置の変更を再現することができ、取付け位置を変更した場合のエネルギー収支の違いを推定することが可能となる。また、データベース16Aの各特性を構造体の形状を変更した場合の特性に書き替えることで、構造体の形状変更にも容易に対応することができる。   Furthermore, the hard disk 104 of the computer 100 has a first characteristic C1 and a second characteristic C2 associated with the nodes 200a to 200d, and stores the first characteristic C1 and the second characteristic C2 associated with the nodes 200a to 200d. That is, it functions as a data storage unit that stores the database 16A. Thus, by changing the characteristics adopted in the first calculation unit 8 and the second calculation unit 9 of the sound vibration simulation model 10, the change of the mounting position can be reproduced, and the energy balance when the mounting position is changed. Can be estimated. Further, by rewriting each characteristic of the database 16A to a characteristic obtained when the shape of the structure is changed, it is possible to easily cope with a change in the shape of the structure.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。   Although various embodiments and modified examples have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments that can be considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

3…製品動作シミュレータ、4,20…部品モデル、8,8A〜8C…第1演算部、9,9A〜9C…第2演算部、10,10A,10B…音振動シミュレーションモデル、13…製品全体シミュレータ、16A,16B…データベース、100…コンピュータ、101…CPU、P1…第1パラメータ、P2…第2パラメータ   3 ... Product operation simulator, 4,20 ... Parts model, 8,8A-8C ... First operation unit, 9,9A-9C ... Second operation unit, 10,10A, 10B ... Sound and vibration simulation model, 13 ... Whole product Simulator, 16A, 16B: Database, 100: Computer, 101: CPU, P1: First parameter, P2: Second parameter

Claims (4)

部品からの作用として入力される第1パラメータ及び/または第2パラメータに基づいて、コンピュータを、前記部品に取り付けられた構造体の音振動シミュレーションを行う音振動シミュレータとして機能させるための音振動シミュレーションプログラムであって、
仕事率または仕事の次元を前記第1パラメータの次元で除した次元を有する第2パラメータを、入力される前記第1パラメータに対応して出力する第1演算部、または、前記第1パラメータを入力される前記第2パラメータに対応して出力する第2演算部、として前記コンピュータを機能させ、
前記第1演算部は、前記第1パラメータおよび第1特性を含む関数の演算処理を行い
前記第2演算部は、前記第2パラメータおよび第2特性を含む関数の演算処理を行い
前記第1特性および前記第2特性は、前記音振動シミュレーションにおける前記構造体の形状を特徴付ける特性であって、
前記第1特性は、前記第2パラメータと関わる無次元の値であり、前記第2特性は、前記第1パラメータと関わる無次元の値である、音振動シミュレーションプログラム。
A sound vibration simulation program for causing a computer to function as a sound vibration simulator for performing a sound vibration simulation of a structure attached to the component based on the first parameter and / or the second parameter input as an operation from the component. And
A first operation unit that outputs a second parameter having a dimension obtained by dividing the power or the dimension of the work by the dimension of the first parameter, in correspondence with the input first parameter, or inputting the first parameter Causing the computer to function as a second calculation unit that outputs the second parameter corresponding to
The first arithmetic unit performs arithmetic processing of a function including the first parameter and the first characteristic,
The second operation unit performs an operation process of a function including the second parameter and the second characteristic,
The first characteristic and the second characteristic are characteristics that characterize the shape of the structure in the sound vibration simulation,
A sound vibration simulation program, wherein the first characteristic is a dimensionless value related to the second parameter, and the second characteristic is a dimensionless value related to the first parameter.
請求項1に記載の音振動シミュレーションプログラムにおいて、
前記音振動シミュレータは、前記部品に取り付けられた構造体の形状を複数の節点に離散化して音振動シミュレーションを行う、音振動シミュレーションプログラム。
The sound and vibration simulation program according to claim 1,
The sound and vibration simulator is a sound and vibration simulation program that performs a sound and vibration simulation by discretizing the shape of a structure attached to the component into a plurality of nodes.
請求項2に記載の音振動シミュレーションプログラムにおいて、
前記節点に対応付けられた前記第1特性および前記第2特性を有し、
前記コンピュータを、前記節点に対応付けられた前記第1特性および前記第2特性を格納するデータ格納部として機能させる、音振動シミュレーションプログラム。
The sound and vibration simulation program according to claim 2,
Having the first characteristic and the second characteristic associated with the node,
A sound vibration simulation program that causes the computer to function as a data storage unit that stores the first characteristic and the second characteristic associated with the node.
請求項3に記載の音振動シミュレーションプログラムにおいて、
前記第1演算部または前記第2演算部を1つ以上有するように、前記コンピュータを機能させ、
前記データ格納部に格納される前記第1特性および前記第2特性の総数は、前記第1演算部および前記第2演算部を合計した数以上である、音振動シミュレーションプログラム。
The sound and vibration simulation program according to claim 3,
Causing the computer to function such that the computer has at least one of the first arithmetic unit and the second arithmetic unit;
A sound vibration simulation program, wherein a total number of the first characteristic and the second characteristic stored in the data storage unit is equal to or greater than a total number of the first arithmetic unit and the second arithmetic unit.
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