JP6854636B2 - 物理座標におけるモーダル減衰を用いた構造動力学問題を効果的に解くこと - Google Patents
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Description
(−ω2M+iωC+K+iS)U=F,ω∈{ω1,ω2,...,ωN} (4)
式(4)において、ωは、時間高調波励起の角周波数であり、
Cmodal=ΨDΨT,Smodal=ΨHΨT (17)
として定義されており、上式で、
Ψ=MΦ1...m (18)
である。
D=diag(d1,...,dm)、H=diag(h1,...,hm) (20)
しかし、これらの比較的「小さい」行列が密になるための基本的な制限はない。対角モーダル減衰は、モードがあるのと同数の減衰係数をもたらし、これは、測定結果に対してこれらの係数を容易に調整することを容易にすることができる。典型的には、対角粘性および構造減衰エントリは、
[−ω2M+iω(C+Cmodal)+K+i(S+Smodal)]U=F (22)
上式で、M、K、C、およびSは、それぞれ一般グローバルの疎な質量行列、剛性行列、粘性減衰行列、および構造減衰行列であり、CmodalおよびSmodalは、式(17)で定義されたモーダル粘性減衰行列およびモーダル構造減衰行列である。式(22)は、
[B+Ψ(iωD+iH)ΨT]U=F (23)
の形態で書き換えることができ、
B=−ω2M+iωC+K+iS (24)
である。
Ax=b (31)
である連立線形方程式を解くことを必要とし、上式で行列Aは、
A=B+ΨGΨT (32)
の特別な形態を有する。
x=B-1b−B-1Ψ(G-1+ΨTB-1Ψ)-1ΨTB-1b (33)
(1)行列Bを因数分解する。すなわち、B=LLT
(2)因数分解された行列を有するシステムを解く。すなわち、By=b
(3)z=ΨTy
(4)u=(G-1+ΨTB-1Ψ)-1z
a)複数の右側で前進消去を実施する。すなわち、Q=L-1Ψ
b)R=QTQ
c)(G-1+R)u=zを解く
(5)v=Ψu
(6)因数分解された行列を有するシステムを解く。すなわち、Bw=v
(7)x=y−w
x(k+1)=x(k)−τB-1(Ax(k)−b) (36)
上式で、τは、x(k)のシーケンスが収束するように選ばれなければならないスカラパラメータである。次いで、x=A-1bを式(31)の正確な解であるとすると、これは下記の式(37)を生み出す。
(x(k+1)−x)=(I−τB-1A)(x(k)−x) (37)
上式で、r(k)=x(k)−xは、誤差ベクトルであり、収束推定値は、
||x(k)−x||2≦ρk||x(0)−x||2 (38)
として書くことができ、上式で、||・||2は、ユークリッドノルム(Euclidian norm)
KΦ=MΦΩ2、ΦTMΦ=I (40)
行列ΦおよびΩ=diag(ω1,...,ωn)は、固有問題(16)Φ1...mおよびΩ1...mの解を部分行列として含む。
ここで、パラメータδは、m番目の固有振動モードの期間に対して時間増分を定義する時間積分精度ファクタ、
α=−0.05、β=0.275625、γ=0.55 (50)
を用いている。
Claims (16)
- 構造動的システムの機械的特徴をモデル化するコンピュータ実施方法であって、
コンピュータメモリ内で、構造動的システムを表す有限要素モデルを提供するステップと、
前記コンピュータメモリに結合されたプロセッサ内で、前記有限要素モデルの質量、剛性、および減衰の線形結合を表す第1の項と、モーダル減衰を表す第2の項とを有する連立方程式を解くステップであって、前記連立方程式は、シャーマン−モリソン−ウッドベリーの公式または予め条件付けされた反復法を使用して解かれる、該ステップと、
前記表される構造動的システムの機械的特徴をモデル化するために、前記有限要素モデルおよびモーダル減衰を用いて前記解かれた連立方程式の結果を使用することによって、前記有限要素モデルに基づく実世界オブジェクトの改善された3Dモデルを形成するステップと
を備えたことを特徴とする方法。 - 前記シャーマン−モリソン−ウッドベリーの公式を使用して前記連立方程式を解くことは、
未知数の補助ベクトルを連立方程式の未知数のセットに含めることによって連立方程式の行列を展開することであって、前記補助ベクトルは、前記モーダル減衰を表す前記第2の項内で使用される固有モードの数と同等のサイズを有すること、および
前記展開された行列を有する前記連立方程式を解くこと
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記予め条件付けされた反復法は、リチャードソン反復方式、予め条件付けされた最小残差法、共役勾配法、および一般化最小残差法のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記予め条件付けされた反復法は、モーダル減衰なしの前記有限要素モデルの質量、剛性、および減衰の前記線形結合を表す前記第1の項をプレコンディショナとして使用することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記提供するステップおよび解くステップは、既存の線形方程式ソルバ内で実装されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記構造動的システムは、自動車騒音振動システム、自動車耐久性システム、航空宇宙動力学システム、および地震システムのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記表される構造動的システムの前記機械的特徴は、
速度、加速度、ひずみ、応力、周波数、密度、振動、変位、および力のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 構造動的システムの機械的特徴をモデル化するためのコンピュータシステムであって、
プロセッサと、
コンピュータコード命令が記憶されたメモリとを備え、前記プロセッサおよび前記メモリに備えられた前記コンピュータコード命令は、当該システムに、
構造動的システムを表す有限要素モデルを提供させ、
前記有限要素モデルの質量、剛性、および減衰の線形結合を表す第1の項と、モーダル減衰を表す第2の項とを有する連立方程式を解かせ、前記連立方程式は、シャーマン−モリソン−ウッドベリーの公式または予め条件付けされた反復法を使用して解かれ、
前記表される構造動的システムの機械的特徴をモデル化するために、前記有限要素モデルおよびモーダル減衰を用いて前記解かれた連立方程式の結果を使用することによって、前記有限要素モデルに基づく実世界オブジェクトの改善された3Dモデルを形成させるように構成されたことを特徴とするシステム。 - 前記シャーマン−モリソン−ウッドベリーの公式を使用して前記連立方程式を解くことは、
未知数の補助ベクトルを連立方程式の未知数のセットに含めることによって連立方程式の行列を展開することであって、前記補助ベクトルは、前記モーダル減衰を表す前記第2の項内で使用される固有モードの数と同等のサイズを有すること、および
前記展開された行列を有する前記連立方程式を解くこと
を含むことを特徴とする請求項8に記載のシステム。 - 前記予め条件付けされた反復法は、リチャードソン反復方式、予め条件付けされた最小残差法、共役勾配法、および一般化最小残差法のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記予め条件付けされた反復法は、モーダル減衰なしの前記有限要素モデルの質量、剛性、および減衰の前記線形結合を表す前記第1の項をプレコンディショナとして使用することを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記提供すること、および前記解くことは、既存の線形方程式ソルバ内で実装されることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記構造動的システムは、自動車騒音振動システム、自動車耐久性システム、航空宇宙動力学システム、および地震システムのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記表される構造動的システムの前記機械的特徴は、
速度、加速度、ひずみ、応力、周波数、密度、振動、変位、および力のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項8に記載のシステム。 - コンピュータに、請求項1ないし7のいずれか1つに記載の方法を実行させることが可能な命令を有することを特徴とするコンピュータプログラム。
- 請求項15記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ可読媒体。
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