JP6991942B2 - Structural design support system - Google Patents

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本発明は、車体の構造設計支援システムに関する。 The present invention relates to a vehicle body structural design support system.

自動車の車体構造の設計支援システムにおいて、車室内の所定の評価点における騒音を低減すべく、モデルを用いて車体構造の最適化を行うものが知られている。このような車体構造の設計システムでは、車体の設計領域を複数の節点で分割し、節点を梁要素や平板要素、多面体要素等で結合した車体構造(構造系)の物理モデルを生成する。次に設計システムは同様に車室内を複数の節点で分割して、車室空気(音響系)の物理モデルを生成する。更に、設計システムは構造系と音響系とを連成させた連成方程式を導出し、その連成方程式に基づいて車体に所定の振動が入力した場合に評価点において発生する音圧を算出する。そして車体に入力した振動と音圧との関係を示す音響感度を算出し、音響感度を最小化すべく車体構造の最適化を実行する。 In the design support system for the body structure of an automobile, there is known that the body structure is optimized by using a model in order to reduce noise at a predetermined evaluation point in the vehicle interior. In such a vehicle body structure design system, the vehicle body design area is divided into a plurality of nodes, and a physical model of the vehicle body structure (structural system) in which the nodes are connected by beam elements, flat plate elements, polyhedral elements, etc. is generated. Next, the design system similarly divides the passenger compartment at a plurality of nodes to generate a physical model of the passenger compartment air (acoustic system). Furthermore, the design system derives a coupled equation that couples the structural system and the acoustic system, and calculates the sound pressure generated at the evaluation point when a predetermined vibration is input to the vehicle body based on the coupled equation. .. Then, the acoustic sensitivity indicating the relationship between the vibration input to the vehicle body and the sound pressure is calculated, and the vehicle body structure is optimized to minimize the acoustic sensitivity.

このような設計システムでは、構造系と音響系とを連成させるため、車体と車室空気とが接する濡れ面に十分な数の節点を設定する必要がある。そのため、連成方程式を解くときに例えばメモリ容量において大きな計算リソースを要し、計算に時間がかかるという問題がある。そこで、車体構造の設計支援システムであって、構造系の固有振動数と音響系の固有振動数とをそれぞれ1つずつ選び、選ばれた2つの固有モードの連成によって発生する音圧から音響感度を評価し、車体構造の最適化を行うものが知られている(例えば、特許文献1)。 In such a design system, in order to interconnect the structural system and the acoustic system, it is necessary to set a sufficient number of nodes on the wet surface where the vehicle body and the passenger compartment air are in contact with each other. Therefore, when solving the coupled equation, for example, a large calculation resource is required in the memory capacity, and there is a problem that the calculation takes time. Therefore, in the vehicle body structure design support system, the natural frequency of the structural system and the natural frequency of the acoustic system are selected one by one, and the sound pressure generated by the coupling of the two selected natural modes is used for acoustics. Those that evaluate the sensitivity and optimize the vehicle body structure are known (for example, Patent Document 1).

特開2008-234589号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-234589

しかしながら、現実の車室内では車体の振動によって複数の場所において異なる振動数の音が発生する。発生した音は評価点に到達し、複雑に干渉し合う。特許文献1の設計支援システムでは1つの固有振動数の音のみが考慮されているため、音響感度に対する干渉の効果を正確に評価することが難しい。 However, in the actual vehicle interior, the vibration of the vehicle body causes sounds of different frequencies to be generated in a plurality of places. The generated sounds reach the evaluation points and interfere with each other in a complicated manner. Since the design support system of Patent Document 1 considers only the sound of one natural frequency, it is difficult to accurately evaluate the effect of interference on the acoustic sensitivity.

このような複数の固有振動数の音による干渉の効果を考慮するため、所定のカットオフ周波数以下の固有振動数の音に対する近似的な方程式を立てて、音響感度を算出することが考えられる。しかしながら、考慮すべき固有モードの数が増えると、保存すべきデータの量が増加し、必要となる計算量も増加する。 In order to consider the effect of interference caused by sounds of a plurality of natural frequencies, it is conceivable to formulate an approximate equation for sounds of natural frequencies below a predetermined cutoff frequency to calculate acoustic sensitivity. However, as the number of unique modes to consider increases, so does the amount of data to be stored and the amount of computation required.

本発明は、以上の背景を鑑み、車体の構造設計支援システムにおいて、計算に必要となるリソースを低減するとともに、かつ、固有モード間の干渉が考慮された音響感度に基づいて車体構造の最適化を行うことを課題とする。 In view of the above background, the present invention reduces the resources required for calculation in the vehicle body structural design support system, and optimizes the vehicle body structure based on the acoustic sensitivity in consideration of interference between specific modes. The task is to do.

上記課題を解決するために本発明のある態様は、車体から乗員への音響感度を低減し得る車体構造を設計するための構造設計支援システム(1)であって、前記車体構造の物理モデル、車室空気の物理モデル、及び物理座標における構造音響連成方程式をそれぞれ生成する物理モデル生成手段(6)と、前記車体構造の物理モデルを用いて前記車体構造の固有振動数及び固有モードを演算する構造解析手段(7)と、前記車室空気の物理モデルを用いて前記車室空気の固有振動数及び固有モードを演算する音響解析手段(8)と、前記車体構造の固有モード及び前記車室空気の固有モードに基づいて座標変換を行い、モーダル座標における構造音響連成方程式を導出した後に、構造カットオフ振動数以下の前記車体構造の固有モード、及び音響カットオフ振動数以下の前記車室空気の固有モードに対する近似構造音響連成方程式を導出する連成方程式導出手段(9)と、前記近似構造音響連成方程式に基づいて前記音響感度を算出する音響感度算出手段(10)と、前記音響感度に基づいて、前記近似構造音響連成方程式の前記構造カットオフ振動数以下の前記車体構造の固有振動数の中から選択された少なくとも1つを変更する変更手段(11)とを有し、前記変更手段によって変更された前記近似構造音響連成方程式に基づいて、前記連成方程式導出手段及び前記音響感度算出手段が演算を繰り返すことによって前記音響感度を最小化することを特徴とする。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is a structural design support system (1) for designing a vehicle body structure capable of reducing acoustic sensitivity from the vehicle body to an occupant, wherein the physical model of the vehicle body structure. Using the physical model generation means (6) that generates the physical model of the cabin air and the structural acoustic coupling equation in the physical coordinates, and the physical model of the vehicle body structure, the natural frequency and the natural mode of the vehicle body structure are calculated. Structural analysis means (7), acoustic analysis means (8) for calculating the natural frequency and natural mode of the vehicle interior air using the physical model of the vehicle interior air, the natural mode of the vehicle body structure, and the vehicle. After performing coordinate conversion based on the intrinsic mode of the room air and deriving the structural acoustic coupled equation in modal coordinates, the intrinsic mode of the vehicle body structure having a structural cutoff frequency or less and the vehicle having an acoustic cutoff frequency or less. A coupled equation derivation means (9) for deriving an approximate structural acoustic coupled equation with respect to the eigenmode of room air, an acoustic sensitivity calculating means (10) for calculating the acoustic sensitivity based on the approximate structural acoustic coupled equation, and the like. Based on the acoustic sensitivity, there is a changing means (11) for changing at least one selected from the natural frequencies of the vehicle body structure having the structural cutoff frequency of the approximate structure acoustic coupling equation or less. The acoustic sensitivity is minimized by repeating the calculation by the coupled equation deriving means and the acoustic sensitivity calculating means based on the approximate structural acoustic coupled equation changed by the changing means. ..

この態様によれば、構造カットオフ振動数以下の車体構造の固有モードと音響カットオフ振動数以下の車室空気の固有モードとに対する近似構造音響連成方程式に基づいて音響感度が算出される。これにより、計算に必要となるリソースを低減するとともに、実用上寄与の大きい複数の車体構造の固有モードと車室空気の複数の固有モードとに基づいて音響感度を算出することができる。また、複数の車室空気の固有モードが考慮されるため、複数の車室内の音の干渉を考慮した音響感度を算出することができる。 According to this aspect, the acoustic sensitivity is calculated based on the approximate structural acoustic coupled equation for the intrinsic mode of the vehicle body structure having a structural cutoff frequency or less and the intrinsic mode of the cabin air having an acoustic cutoff frequency or less. As a result, the resources required for the calculation can be reduced, and the acoustic sensitivity can be calculated based on the unique modes of the plurality of vehicle body structures and the plurality of unique modes of the vehicle interior air, which greatly contribute to practical use. Further, since the unique modes of the air in the plurality of vehicle interiors are taken into consideration, the acoustic sensitivity can be calculated in consideration of the interference of the sounds in the plurality of vehicle interiors.

また、車体構造の固有振動数を変更することによって最適化が行われる。そのため、最適化を行うときに、近似構造連成方程式の固有振動数のみに依存する部分のみを変更すればよく、車体構造を変化させた場合に比べて、最適化を実行するときの近似構造連成方程式の変更部分を少なくすることができる。これにより、計算に必要となるリソースを低減することができ、計算速度を高めることができる。また、車体構造の固有振動数を変更することによって最適化が行われるため、音響感度を最適化するための変更指針を得ることが容易である。 In addition, optimization is performed by changing the natural frequency of the vehicle body structure. Therefore, when optimizing, it is only necessary to change the part that depends only on the natural frequency of the approximate structure coupled equation, and the approximate structure when optimizing is executed compared to the case where the vehicle body structure is changed. It is possible to reduce the change part of the coupled equation. As a result, the resources required for the calculation can be reduced, and the calculation speed can be increased. Further, since the optimization is performed by changing the natural frequency of the vehicle body structure, it is easy to obtain a change guideline for optimizing the acoustic sensitivity.

上記の態様において、前記構造カットオフ振動数及び前記音響カットオフ振動数はそれぞれ、100Hz以上1000Hz以下であるとよい。 In the above embodiment, the structural cut-off frequency and the acoustic cut-off frequency are preferably 100 Hz or more and 1000 Hz or less, respectively.

この態様によれば、例えばフロントガラスの一次の共振振動数よりもカットオフ振動数を高く設定することができるため、タイヤ、サスペンション及びフロントガラス等の固有振動モードを考慮することができる。 According to this aspect, for example, the cutoff frequency can be set higher than the primary resonance frequency of the windshield, so that the natural vibration mode of the tire, suspension, windshield, etc. can be considered.

以上の構成によれば、車体の構造設計支援システムにおいて、計算に必要となるリソースを低減するとともに、かつ、固有モード間の干渉を考慮された音響感度に基づいて車体構造の最適化を行うことができる。 According to the above configuration, in the structural design support system of the vehicle body, the resources required for calculation are reduced, and the vehicle body structure is optimized based on the acoustic sensitivity in consideration of the interference between the unique modes. Can be done.

本発明に係る構造設計支援システムのブロック図Block diagram of the structural design support system according to the present invention 本発明に係る構造設計支援システムのフローチャートFlow chart of the structural design support system according to the present invention

以下、本発明に係る構造設計支援システムの具体的な実施形態について説明する。以下の説明において構造設計支援システムにおいて自動車の構造設計を行う場合を想定する。 Hereinafter, specific embodiments of the structural design support system according to the present invention will be described. In the following explanation, it is assumed that the structural design support system is used to design the structure of an automobile.

構造設計支援システムは、車体の振動によって発生する車室内の騒音を低減しうる車体構造の設計を行うためのシステムである。車体にはエンジンの駆動によって発生した振動や、車両走行時に路面反力により発生する振動が伝わる。このような振動によって、車体には固有モードの振動が複数生じる。車室内の空気(車室空気)は、車体構造、例えば、骨格となるフレームや車室空間を区画するパネルに接触している。そのため、車体に生じた振動は車室内の空気に伝わり、車室空気には車室空間の形状に応じた固有モードの振動が複数生じる。車室空気の振動によって、乗員の耳元(評価点)において音圧が生じ、その音圧が乗員に騒音として伝わる。 The structural design support system is a system for designing a vehicle body structure that can reduce the noise in the vehicle interior generated by the vibration of the vehicle body. The vibration generated by driving the engine and the vibration generated by the road surface reaction force when the vehicle is running are transmitted to the vehicle body. Due to such vibration, a plurality of vibrations in a specific mode are generated in the vehicle body. The air in the passenger compartment (air in the passenger compartment) is in contact with the vehicle body structure, for example, a frame as a skeleton or a panel for partitioning the passenger compartment space. Therefore, the vibration generated in the vehicle body is transmitted to the air in the vehicle interior, and a plurality of vibrations in the specific mode according to the shape of the vehicle interior space are generated in the vehicle interior air. Due to the vibration of the passenger compartment air, sound pressure is generated at the occupant's ear (evaluation point), and the sound pressure is transmitted to the occupant as noise.

騒音を低減するためには、車体の振動を低減するとともに、車体の振動が乗員の耳元の空気に伝わりにくくなるように車体の構造を設計することが有効である。このような振動の伝わり易さは、車体への単位入力に対する評価点における音圧レベルである音響感度を用いて評価することができる。そこで、構造設計支援システム1は、与えられた車体構造に基づいて、音響感度を算出する。更に、構造設計支援システム1は音響感度を最小化すべく、車体構造の最適化を行う最適化処理を実行する。 In order to reduce noise, it is effective to reduce the vibration of the vehicle body and design the structure of the vehicle body so that the vibration of the vehicle body is less likely to be transmitted to the air around the occupant's ears. The ease with which such vibrations are transmitted can be evaluated using the acoustic sensitivity, which is the sound pressure level at the evaluation point with respect to the unit input to the vehicle body. Therefore, the structural design support system 1 calculates the acoustic sensitivity based on the given vehicle body structure. Further, the structural design support system 1 executes an optimization process for optimizing the vehicle body structure in order to minimize the acoustic sensitivity.

実施形態に係る構造設計支援システム1はパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータによって構成され、図1に示すように、中央演算処理装置(CPU)及びメモリを含む演算処理部2、ハードディスク等の記憶媒体3、キーボード等の入力部4、及びモニタ等の出力部5を備える。 The structural design support system 1 according to the embodiment is composed of a computer such as a personal computer or a workstation, and as shown in FIG. 1, a central processing unit (CPU), an arithmetic processing unit 2 including a memory, and a storage medium such as a hard disk. 3. An input unit 4 such as a keyboard and an output unit 5 such as a monitor are provided.

記憶媒体3は対象となる自動車のフレーム及びパネルを含む車体の形状、車体各部の剛性、材料などの車体データを保持している。車体データは最適化処理が実行される前に予め記憶媒体3に保存されているとよい。 The storage medium 3 holds vehicle body data such as the shape of the vehicle body including the frame and panel of the target automobile, the rigidity of each part of the vehicle body, and the material. The vehicle body data may be stored in the storage medium 3 in advance before the optimization process is executed.

演算処理部2は車体構造及び車室空気の物理モデルを生成し、物理座標における車体構造及び車室空気の運動方程式(構造音響連成方程式)を導出する物理モデル生成手段6と、物理モデルから車体構造の振動の固有モードを演算する構造解析手段7と、物理モデルから車室空気の振動の固有モードを演算する音響解析手段8と、車体構造及び車室空気の固有モードを用いて物理座標からモーダル座標への座標変換を行い、モーダル座標における構造音響連成方程式に対して近似処理を行って、近似構造音響連成方程式を導出する連成方程式導出手段9と、導出された近似構造音響連成方程式を解いて音響感度を算出する音響感度算出手段10と、音響感度算出手段10によって算出された音響感度に基づいて音響感度を最適化すべく車体構造を変更する変更手段11とを備えている。本実施形態では、物理モデル生成手段6、構造解析手段7、音響解析手段8、連成方程式導出手段9、音響感度算出手段10、及び変更手段11はそれぞれ、演算処理部2においてソフトウエアによって構成されている。 The arithmetic processing unit 2 generates a physical model of the vehicle body structure and the vehicle interior air, and derives the equation of motion (structural acoustic coupled equation) of the vehicle body structure and the vehicle interior air in the physical coordinates from the physical model generation means 6 and the physical model. Physical coordinates using the structural analysis means 7 that calculates the intrinsic mode of the vibration of the vehicle body structure, the acoustic analysis means 8 that calculates the intrinsic mode of the vibration of the vehicle interior air from the physical model, and the intrinsic mode of the vehicle body structure and the vehicle interior air. Coordination equation derivation means 9 for deriving the approximate structural acoustic coupled equation by performing coordinate conversion from to modal coordinates and performing approximation processing on the structural acoustic coupled equations in the modal coordinates, and the derived approximate structural acoustics. It is provided with an acoustic sensitivity calculating means 10 for solving an coupled equation to calculate an acoustic sensitivity, and a changing means 11 for changing the vehicle body structure in order to optimize the acoustic sensitivity based on the acoustic sensitivity calculated by the acoustic sensitivity calculating means 10. There is. In the present embodiment, the physical model generation means 6, the structural analysis means 7, the acoustic analysis means 8, the coupled equation derivation means 9, the acoustic sensitivity calculation means 10, and the change means 11 are each configured by software in the arithmetic processing unit 2. Has been done.

物理モデル生成手段6は、記憶媒体3に格納された車体データに基づいて、車体構造の物理モデルを生成する。物理モデルは、車体をN個の自由度で分割し、節点を梁要素等で結合したモデルであり、式(1)の運動方程式で表される。

Figure 0006991942000001
式(1)において、{u}は車体構造の各節点における変位を示す変位ベクトル、[M]は車体構造の質量マトリクス、[B]は車体構造の減衰マトリクス、[K]は車体構造の剛性マトリクス、{F}は車体に加わる荷重ベクトルである。{u}はN次元のベクトルであり、[M]、[B]、[K]はそれぞれN×Nの行列である。{u}の文字上の1つのドットは変位ベクトルの1階の時間微分を示し、2つのドットは変位ベクトルの2階の時間微分を示す。但し、{}はベクトルを示す記号であり、[]は行列を示す記号とする。また、{0}は零ベクトルを示し、[0]は全ての要素が0である行列を示す。 The physical model generation means 6 generates a physical model of the vehicle body structure based on the vehicle body data stored in the storage medium 3. The physical model is a model in which the vehicle body is divided by Ns degrees of freedom and the nodes are connected by beam elements or the like, and is expressed by the equation of motion of the equation (1).
Figure 0006991942000001
In equation (1), {u} is a displacement vector indicating the displacement at each node of the vehicle body structure, [M s ] is the mass matrix of the vehicle body structure, [B s ] is the damping matrix of the vehicle body structure, and [K s ] is the vehicle body. The rigidity matrix of the structure, {F}, is a load vector applied to the vehicle body. {U} is an N s -dimensional vector, and [M s ], [B s ], and [K s ] are N s × N s matrices, respectively. One dot on the character {u} indicates the first derivative of the displacement vector, and two dots indicate the second derivative of the displacement vector. However, {} is a symbol indicating a vector, and [] is a symbol indicating a matrix. Further, {0} indicates a zero vector, and [0] indicates a matrix in which all the elements are 0.

物理モデル生成手段6は、更に、記憶媒体3に格納された車体データに基づいて、車室空気の物理モデルを生成する。物理モデルは、車室をN個の自由度で分割し、節点を多面体要素等で結合したモデルであり、式(2)の運動方程式で表される。

Figure 0006991942000002
式(2)において、{p}は車室空気の各節点における圧力の大気圧からの変動分(以下、音圧)を示す音圧ベクトル、[M]は車室空気の質量マトリクス、[B]は車室空気の減衰マトリクス、[K]は車室空気の剛性マトリクスである。{p}はN次元のベクトルであり、[M]、[B]、[K]はそれぞれN×Nの行列である。{p}の文字上の1つのドットは音圧ベクトルの1階の時間微分を示し、{p}の文字上の2つのドットは音圧ベクトルの2階の時間微分を示す。 The physical model generating means 6 further generates a physical model of the vehicle interior air based on the vehicle body data stored in the storage medium 3. The physical model is a model in which the passenger compartment is divided by N f degrees of freedom and the nodes are connected by polyhedral elements or the like, and is expressed by the equation of motion of the equation (2).
Figure 0006991942000002
In the equation (2), {p} is a sound pressure vector indicating the fluctuation amount (hereinafter referred to as sound pressure) of the pressure at each node of the passenger compartment air from the atmospheric pressure, [M f ] is the mass matrix of the passenger compartment air, [ B f ] is a damping matrix of the passenger compartment air, and [K s ] is a rigidity matrix of the passenger compartment air. {P} is an N f -dimensional vector, and [M f ], [B f ], and [K f ] are N f × N f matrices, respectively. One dot on the character of {p} indicates the first derivative of the sound pressure vector, and two dots on the character of {p} indicate the second derivative of the sound pressure vector.

次に、物理モデル生成手段6は、車体構造と車室空気とが接する面(濡れ面)における内力のやり取りを考慮し、物理座標における構造音響連成方程式(3)を導出する。物理モデル生成手段6は、導出後、物理座標における構造音響連成方程式を構造解析手段7、音響解析手段8及び連成方程式導出手段9に出力する。

Figure 0006991942000003
Next, the physical model generating means 6 derives the structural acoustic coupled equation (3) in physical coordinates in consideration of the exchange of internal force on the surface (wet surface) where the vehicle body structure and the vehicle interior air are in contact with each other. After the derivation, the physical model generation means 6 outputs the structural acoustic coupled equations in the physical coordinates to the structural analysis means 7, the acoustic analysis means 8, and the coupled equation derivation means 9.
Figure 0006991942000003

式(3)において、[A]はN×Nの構造音響連成マトリクスである。[A]は、[A]の転置行列を表す。 In the formula (3), [A] is a structural acoustic coupled matrix of N f × N s . [A] T represents the transposed matrix of [A].

構造解析手段7は、車体構造の物理モデル(1)に基づいて、車体構造の固有振動数λsi、及び固有モード{φsi}(i=1~N)を演算する。このとき、構造解析手段7は、以下に示す式(4)を数値的に解くとよい。各固有モード{φsi}はN次元のベクトルである。また、固有振動数λsiはiが小さいほど小さくなるように配列されている。

Figure 0006991942000004
The structural analysis means 7 calculates the natural frequency λ si of the vehicle body structure and the natural mode {φ si } (i = 1 to N s ) based on the physical model (1) of the vehicle body structure. At this time, the structural analysis means 7 may numerically solve the equation (4) shown below. Each eigenmode {φ si } is an N s dimension vector. Further, the natural frequency λ si is arranged so that the smaller i is, the smaller it is.
Figure 0006991942000004

音響解析手段8は、車室空気の物理モデル(2)に基づいて、音圧の固有振動数λfi、及び固有モード{φfi}(i=1~N)を演算する。このとき、音響解析手段8は、以下に示す式(5)を数値的に解くとよい。各固有モード{φfi}はN次元のベクトルである。また、固有振動数λfiはiが小さいほど小さくなるように配列されている。

Figure 0006991942000005
The acoustic analysis means 8 calculates the natural frequency λ fi of the sound pressure and the natural mode {φ fi } (i = 1 to N f ) based on the physical model (2) of the vehicle interior air. At this time, the acoustic analysis means 8 may numerically solve the equation (5) shown below. Each eigenmode {φ fi } is an N f -dimensional vector. Further, the natural frequency λ fi is arranged so that the smaller i is, the smaller it is.
Figure 0006991942000005

連成方程式導出手段9は、構造解析手段7及び音響解析手段8によって導出された固有モードに基づいて、物理座標をモーダル座標に変換することによって、物理モデル生成手段6によって導出された物理座標における構造音響連成方程式をモーダル座標における構造音響連成方程式に変換する。以下の式(6)は、物理座標からモーダル座標への変換を表し、式(7)はモーダル座標における構造音響連成方程式を表している。

Figure 0006991942000006
Figure 0006991942000007
The coupled equation derivation means 9 in the physical coordinates derived by the physical model generation means 6 by converting the physical coordinates into modal coordinates based on the eigenmode derived by the structural analysis means 7 and the acoustic analysis means 8. Convert the structural acoustic coupling equation to the structural acoustic coupling equation in modal coordinates. The following equation (6) represents the conversion from the physical coordinates to the modal coordinates, and the equation (7) represents the structural acoustic coupled equation in the modal coordinates.
Figure 0006991942000006
Figure 0006991942000007

式(6)及び式(7)の{η}はN次元のベクトルであり、{η}はN次元のベクトルである。式(7)において、[φ]及び[φ]はそれぞれ式(8)に示される行列である。但し、[φ]はN×Nの行列であり、[φ]はN×Nの行列である。

Figure 0006991942000008
s } in Eqs. (6) and (7) is an N s -dimensional vector, and {η f } is an N f -dimensional vector. In equation (7), [φ s ] and [φ f ] are the matrices shown in equation (8), respectively. However, [φ s ] is a matrix of N s × N s , and [φ f ] is a matrix of N f × N f .
Figure 0006991942000008

次に、連成方程式導出手段9は、式(7)の行列のサイズを小さくするため、高次の固有モードを無視する近似処理を行って、近似構造音響連成方程式(9)を導出する。より具体的には、連成方程式導出手段9は、構造カットオフ振動数λsc以下の車体構造の固有モードを抽出する。また、連成方程式導出手段9は、音響カットオフ振動数λfc以下の音圧の固有モードを抽出する。その後、連成方程式導出手段9は、抽出された車体構造の固有モード{φsi}(i=1~n)、及び抽出された音圧の固有モード{φfi}(i=1~n)に対する近似構造音響連成方程式(9)を導出する。

Figure 0006991942000009
Next, the coupled equation derivation means 9 derives the approximate structural acoustic coupled equation (9) by performing an approximation process ignoring the higher-order eigenmode in order to reduce the size of the matrix of the equation (7). .. More specifically, the coupled equation derivation means 9 extracts the eigenmode of the vehicle body structure having a structural cutoff frequency of λ sc or less. Further, the coupled equation derivation means 9 extracts a specific mode of sound pressure having an acoustic cutoff frequency of λ fc or less. After that, the coupled equation derivation means 9 uses the extracted vehicle body structure eigenmode {φ si } (i = 1 to n s ) and the extracted sound pressure eigenmode {φ fi } (i = 1 to n). The approximate structural acoustic coupled equation (9) for f ) is derived.
Figure 0006991942000009

式(9)において、{ξ}は車体構造のモーダル変位ベクトルであり、ηの1行目~n行目を抜き出したベクトルである。{ξ}は車室空気のモーダル変位ベクトルであり、{η}の1行目~n行目を抜き出したベクトルである。車体構造のモーダル質量マトリクス[m]、車体構造のモーダル減衰マトリクス[b]及び車体構造のモーダル剛性マトリクス[k]はそれぞれ、[φ[M][φ]、[φ[B][φ]及び[φ[K][φ]の行列において、1行目~n行目かつ1列目~n列目の範囲をそれぞれ抜き出すことによって算出されたn×nの行列である。車室空気のモーダル質量マトリクス[m]、車室空気のモーダル減衰マトリクス[b]及び車室空気のモーダル剛性マトリクス[k]はそれぞれ、[φ[M][φ]、[φ[B][φ]、[φ[K][φ]の1行目~n行目かつ1列目~n列目の範囲を抜き出すことによって算出されたn×nの行列である。 In the equation (9), {ξ s } is a modal displacement vector of the vehicle body structure, and is a vector obtained by extracting the first line to the n s line of η s . {Ξ f } is a modal displacement vector of the passenger compartment air, and is a vector obtained by extracting the first line to the n f line of {η f }. The modal mass matrix [ ms ] of the vehicle body structure, the modal damping matrix [bs] of the vehicle body structure, and the modal stiffness matrix [ ks] of the vehicle body structure are [φ s ] T [M s ] [φ s ] and [, respectively . In the matrix of φ s ] T [B s ] [φ s ] and [φ s ] T [K s ] [φ s ], the range of the 1st row to the n s row and the 1st column to the n s column is set. It is a matrix of n s × n s calculated by extracting each. The modal mass matrix [m f ] of the passenger compartment air, the modal decay matrix [b f ] of the passenger compartment air, and the modal stiffness matrix [k f ] of the passenger compartment air are [φ f ] T [M f ] [φ f , respectively. ], [φ f ] T [B f ] [φ f ], [ φ f ] T [K f ] [ φ f ] It is a matrix of n f × n f calculated by extracting.

モーダル構造音響連成マトリクス[aHH]は[φ[A][φ]の1行目~n行目かつ1列目~n列目の範囲を抜き出すことによって算出された行列であり、モーダル荷重ベクトル{f}は[φ{F}の1行目~n行目までを抜き出すことによって算出されたベクトルである。 The modal structure acoustic coupled matrix [a HH ] was calculated by extracting the range of the 1st to nf rows and the 1st to ns columns of [φ s ] T [A] [φ f ]. It is a matrix, and the modal load vector {f} is a vector calculated by extracting the first row to the n s row of [φ s ] T {F}.

次に、連成方程式導出手段9は、導出した近似構造音響連成方程式を音響感度算出手段10に出力する。 Next, the coupled equation derivation means 9 outputs the derived approximate structural acoustic coupled equation to the acoustic sensitivity calculation means 10.

音響感度算出手段10は、連成方程式導出手段9から入力された近似構造音響連成方程式を解いて{ξ}を算出する。但し、音響感度算出手段10は、変更手段11から変更された近似構造音響連成方程式の入力があったときは、変更された近似構造音響連成方程式を解いて{ξ}を算出する。 The acoustic sensitivity calculation means 10 solves the approximate structure acoustic coupled equation input from the coupled equation derivation means 9 to calculate {ξ f }. However, when the changing means 11 inputs the changed approximate structure acoustic coupling equation, the acoustic sensitivity calculating means 10 solves the changed approximate structure acoustic coupling equation to calculate {ξ f }.

次に、音響感度算出手段10は算出された解{ξ}を、式(10)に代入して、近似的な音圧ベクトル{peff}を算出する。

Figure 0006991942000010
但し、{ξF}はN次元のベクトルであり、{ξF}の1~n行目までの要素は、{ξ}の要素と等しく、n+1行目~N行目までの要素は0である。 Next, the acoustic sensitivity calculation means 10 substitutes the calculated solution {ξ f } into the equation (10) to calculate an approximate sound pressure vector {p eff }.
Figure 0006991942000010
However, {ξ F } is an N f -dimensional vector, and the elements from the 1st to nf lines of {ξ F } are equal to the elements of {ξ f }, and the elements from the n f +1 line to the N f line are equal to each other. The elements up to are 0.

音響感度算出手段10は音圧ベクトル{peff}に基づいて乗員の耳元での音圧pを算出し、pを入力となる荷重ベクトル{F}の大きさ(ノルム)で割って、音響感度Hを算出する。音響感度算出手段10は、音圧ベクトル{peff}から乗員の耳元の位置に対応する節点での音圧に対応する要素を抜き出すことによって、乗員の耳元(評価点)での音圧pを算出するとよい。 The acoustic sensitivity calculation means 10 calculates the sound pressure p a at the occupant's ear based on the sound pressure vector {p eff }, divides the p a by the magnitude (norm) of the input load vector {F}, and divides the p a by the magnitude (norm) of the input load vector {F}. The acoustic sensitivity H is calculated. The acoustic sensitivity calculation means 10 extracts the element corresponding to the sound pressure at the node corresponding to the position of the occupant's ear from the sound pressure vector {p eff }, thereby extracting the sound pressure pa at the occupant's ear (evaluation point). Should be calculated.

音響感度算出手段10は音響感度Hの算出が完了すると、計算に用いた近似構造音響連成方程式及び算出された音響感度Hとを変更手段11に出力する。 When the calculation of the acoustic sensitivity H is completed, the acoustic sensitivity calculating means 10 outputs the approximate structure acoustic coupled equation used in the calculation and the calculated acoustic sensitivity H to the changing means 11.

変更手段11は、入力部4からの車体構造の固有モードの番号rの入力と、音響感度算出手段10から近似構造音響連成方程式及び音響感度Hの入力とがあったときは、最適化処理を開始してからこれらの入力を受け取った回数(以下、変更回数)を算出する。変更回数が規定回数(例えば1000回)以上の場合には、入力された近似構造音響連成方程式及び音響感度Hを設計支援システムの出力部5に表示させる。本実施形態では、変更手段11は、入力された近似構造音響連成方程式に基づいて、番号rに対応する車体構造の固有モード{φsr}の固有振動数λを算出し、入力された近似構造音響連成方程式及び音響感度Hとともに、算出された固有振動数λを設計支援システムの出力部5に表示させる。 When the changing means 11 receives the input of the unique mode number r of the vehicle body structure from the input unit 4 and the input of the approximate structure acoustic coupled equation and the acoustic sensitivity H from the acoustic sensitivity calculating means 10, the optimization process is performed. The number of times these inputs have been received (hereinafter referred to as the number of changes) has been calculated since the start of. When the number of changes is a specified number (for example, 1000 times) or more, the input approximate structure acoustic coupled equation and acoustic sensitivity H are displayed on the output unit 5 of the design support system. In the present embodiment, the changing means 11 calculates and inputs the natural frequency λ r of the natural mode {φ sr } of the vehicle body structure corresponding to the number r based on the input approximate structural acoustic coupling equation. The calculated natural frequency λ r is displayed on the output unit 5 of the design support system together with the approximate structure acoustic coupled equation and the acoustic sensitivity H.

変更手段11は、変更回数が規定回数に満たない場合には、音響感度を最小化させるべく、変更処理を行う。変更処理において、変更手段11は、所定の最適化アルゴリズムに基づいて、番号rの車体構造の固有モード{φsr}に対応する固有振動数λの変更量δλを算出する。変更手段11が実行する最適化アルゴリズムは公知のアルゴリズムであってよい。 When the number of changes is less than the specified number of times, the changing means 11 performs a changing process in order to minimize the acoustic sensitivity. In the change process, the change means 11 calculates the change amount δλ of the natural frequency λr corresponding to the natural mode {φ sr } of the vehicle body structure of the number r based on a predetermined optimization algorithm. The optimization algorithm executed by the changing means 11 may be a known algorithm.

次に、変更手段11は音響感度算出手段10から入力された近似構造音響連成方程式において、番号rの車体構造の固有モード{φsr}を変えることなく、固有振動数をλからλ+δλに変更する変更処理を行って、変更された近似構造音響連成方程式を生成する。 Next, the changing means 11 changes the natural frequency from λ r to λ r without changing the natural mode {φ s r } of the vehicle body structure of the number r in the approximate structure acoustic coupling equation input from the acoustic sensitivity calculating means 10. The modified process of changing to + δλ is performed to generate the modified approximate structural acoustic coupled equation.

次に、変更手段11は、音響感度算出手段10から入力された近似構造音響連成方程式において、式(9)の車体構造のモーダル剛性マトリクス[k]を式(11)に示すように変更して近似構造音響連成方程式を生成するとよい。

Figure 0006991942000011
但し、式(11)において、[δΛ]は、r行r列目の要素がδλであり、他の要素が0であるn×nの行列を表している。 Next, the changing means 11 changes the modal stiffness matrix [ ks ] of the vehicle body structure of the equation (9) as shown in the equation (11) in the approximate structural acoustic coupled equation input from the acoustic sensitivity calculating means 10. It is advisable to generate an approximate structural acoustic coupled equation.
Figure 0006991942000011
However, in the equation (11), [δΛ] represents a matrix of n s × n s in which the element in the r-th row and the r-th column is δλ and the other elements are 0.

次に、変更手段11は変更された近似構造音響連成方程式を音響感度算出手段10に出力して、変更処理を完了する。 Next, the changing means 11 outputs the changed approximate structural acoustic coupling equation to the acoustic sensitivity calculating means 10 to complete the changing process.

次に、構造設計支援システム1が実行する最適化処理について、図2に示すフローチャートを参照して説明する。構造設計支援システム1は、ステップST1において、入力部4において構造カットオフ振動数λsc及び音響カットオフ振動数λfcとの入力を受け付ける。入力が完了すると、構造設計支援システム1はステップST2を実行する。 Next, the optimization process executed by the structural design support system 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In step ST1, the structural design support system 1 receives inputs of the structural cutoff frequency λ sc and the acoustic cutoff frequency λ fc in the input unit 4. When the input is completed, the structural design support system 1 executes step ST2.

構造カットオフ振動数λsc及び音響カットオフ振動数λfcとは共に100Hz以上1000Hz以下であることが好ましい。タイヤの1次の固有振動数は約40Hzであり、サスペンションの1次の固有振動数は約10Hzであり、フロントガラスの1次の固有振動数は約30Hzであるため、このように設定することによって、タイヤ、サスペンション及びフロントガラスの1次の固有モードの振動を考慮することができる。本実施形態では、構造カットオフ振動数λscは300Hz~600Hz、音響カットオフ振動数λfcは400Hz~800Hzの任意の値に設定されている。 The structural cutoff frequency λ sc and the acoustic cutoff frequency λ fc are both preferably 100 Hz or more and 1000 Hz or less. Since the primary natural frequency of the tire is about 40 Hz, the primary natural frequency of the suspension is about 10 Hz, and the primary natural frequency of the windshield is about 30 Hz, it should be set in this way. Allows consideration of primary natural mode vibrations of tires, suspensions and windshields. In the present embodiment, the structural cutoff frequency λ sc is set to an arbitrary value of 300 Hz to 600 Hz, and the acoustic cutoff frequency λ fc is set to an arbitrary value of 400 Hz to 800 Hz.

ステップST2において、物理モデル生成手段6は記憶媒体3から車体データを読み出し、車体構造の物理モデルと、車室空気の物理モデルとを生成する。次に、物理モデル生成手段6は構造音響連成マトリクスAを算出して、物理座標における構造音響連成方程式を導出する。構造設計支援システム1は、完了後、ステップST3を実行する。 In step ST2, the physical model generating means 6 reads the vehicle body data from the storage medium 3 and generates a physical model of the vehicle body structure and a physical model of the vehicle interior air. Next, the physical model generating means 6 calculates the structural acoustic coupling matrix A and derives the structural acoustic coupling equation in the physical coordinates. After completion, the structural design support system 1 executes step ST3.

ステップST3において、構造解析手段7は、物理モデル生成手段6によって導出された物理座標における構造音響連成方程式に基づいて、車体構造の固有振動数及び固有モードを演算する。また、音響解析手段8は、物理モデル生成手段6によって導出された物理座標における構造音響連成方程式に基づいて、音圧の固有振動数及び固有モードを演算する。構造設計支援システム1は、完了後、ステップST4を実行する。 In step ST3, the structural analysis means 7 calculates the natural frequency and the natural mode of the vehicle body structure based on the structural acoustic coupled equations in the physical coordinates derived by the physical model generation means 6. Further, the acoustic analysis means 8 calculates the natural frequency and the natural mode of the sound pressure based on the structural acoustic coupled equation in the physical coordinates derived by the physical model generation means 6. After completion, the structural design support system 1 executes step ST4.

ステップST4において、連成方程式導出手段9は、構造解析手段7及び音響解析手段8によって演算された車体構造の固有振動数、車体構造の固有モード、音圧の固有振動数、及び音圧の固有モードに基づいて、モーダル座標における構造音響連成方程式を導出する。導出が完了すると、構造設計支援システム1はステップST5を実行する。 In step ST4, the coupled equation derivation means 9 has the natural frequency of the vehicle body structure calculated by the structural analysis means 7 and the acoustic analysis means 8, the natural mode of the vehicle body structure, the natural frequency of the sound pressure, and the natural frequency of the sound pressure. Based on the mode, we derive the structural acoustic coupled equations in modal coordinates. When the derivation is completed, the structural design support system 1 executes step ST5.

ステップST5において、連成方程式導出手段9は、ステップST1において入力された構造カットオフ振動数λsc及び音響カットオフ振動数λfcに基づいて、近似構造音響連成方程式を導出する。導出が完了すると、構造設計支援システム1はステップST6を実行する。 In step ST5, the coupled equation derivation means 9 derives an approximate structural acoustic coupled equation based on the structural cutoff frequency λ sc and the acoustic cutoff frequency λ fc input in step ST1. When the derivation is completed, the structural design support system 1 executes step ST6.

ステップST6において、構造設計支援システム1は入力部4において変更する車体構造の固有モードの番号rの入力を受け付ける。使用者が固有モードの番号rを選択して入力を行うと、構造設計支援システム1はステップST7を実行する。 In step ST6, the structural design support system 1 receives the input of the number r of the unique mode of the vehicle body structure to be changed in the input unit 4. When the user selects and inputs the unique mode number r, the structural design support system 1 executes step ST7.

ステップST7において、音響感度算出手段10は、連成方程式導出手段9から入力された近似構造音響連成方程式を解いて、音響感度Hを算出する。音響感度算出手段10は、変更された近似構造音響連成方程式が変更手段11から入力されたときには、その変更された近似構造音響連成方程式を解いて、音響感度Hを算出する。音響感度Hの算出が完了すると、構造設計支援システム1はステップST8を実行する。 In step ST7, the acoustic sensitivity calculation means 10 solves the approximate structure acoustic coupled equation input from the coupled equation derivation means 9 to calculate the acoustic sensitivity H. When the modified approximate structure acoustic coupling equation is input from the modification means 11, the acoustic sensitivity calculation means 10 solves the modified approximate structure acoustic coupling equation to calculate the acoustic sensitivity H. When the calculation of the acoustic sensitivity H is completed, the structural design support system 1 executes step ST8.

ステップST8において、変更手段11は変更回数が規定回数以上となったかを判別する。規定回数以上となっているときには、ステップST9を実行する。変更回数が規定回数に達していないときには、構造設計支援システム1はステップST10を実行する。 In step ST8, the changing means 11 determines whether the number of changes has reached the specified number of times or more. When the number of times exceeds the specified number, step ST9 is executed. When the number of changes has not reached the specified number of times, the structural design support system 1 executes step ST10.

ステップST9において、変更手段11は入力された近似構造音響連成方程式、音響感度H、及び入力された近似構造音響連成方程式における番号rに対応する車体構造の固有モードφsrの固有振動数λを出力部5に出力させる。出力が完了すると、構造設計支援システム1は最適化処理を終了する。 In step ST9, the changing means 11 has the input approximate structure acoustic coupling equation, acoustic sensitivity H, and the natural frequency λ of the natural mode φ sr of the vehicle body structure corresponding to the number r in the input approximate structure acoustic coupling equation. The r is output to the output unit 5. When the output is completed, the structural design support system 1 ends the optimization process.

ステップST10において、変更手段11は、ステップST6において入力部4から入力された固有モードの番号rに基づいて、その番号の固有モード{φsr}の固有振動数λsrを変更して、近似構造音響連成方程式を変更する変更処理を行う。変更手段11は変更した近似構造音響連成方程式を音響感度算出手段10に出力する。出力後、構造設計支援システム1はステップST7に戻る。 In step ST10, the changing means 11 changes the natural frequency λ sr of the natural mode {φ sr } of the natural mode based on the number r of the natural mode input from the input unit 4 in step ST6, and has an approximate structure. Performs a change process to change the acoustic coupled equation. The changing means 11 outputs the changed approximate structural acoustic coupling equation to the acoustic sensitivity calculating means 10. After the output, the structural design support system 1 returns to step ST7.

以上のように構成した構造設計支援システム1の効果について説明する。式(3)に示す物理座標における構造音響連成方程式は(N+N)×(N+N)の行列からなる。特に、車体構造の振動が車室空気に伝わることを考慮するため、車体構造と車室空気との接触面(濡れ面)に多くの点が必要となり、式(3)は1000万程度の自由度となる。一方、式(9)に示す近似構造音響連成方程式は、(n+n)×(n+n)の行列からなり、(N+N)×(N+N)の行列よりも小さくなる。一般に、構造カットオフ振動数λsc及び音響カットオフ振動数λfcを600Hz程度とすると、n+nは1000程度となり、構造設計支援システム1が解く方程式を構成する行列のサイズが小さくなる。このように、行列のサイズが小さくなるため、計算に必要となるリソースを低減することができ、計算速度を高めることができる。また、構造設計支援システム1では複数の音圧の固有モードに基づいて、音響感度Hが算出されている。そのため、固有モードの音圧が複数重なり合うことによって生じる干渉の効果を考慮することができる。 The effect of the structural design support system 1 configured as described above will be described. The structural acoustic coupled equation in the physical coordinates shown in the equation (3) consists of a matrix of (N s + N f ) × (N s + N f ). In particular, in order to consider that the vibration of the vehicle body structure is transmitted to the vehicle interior air, many points are required on the contact surface (wet surface) between the vehicle body structure and the vehicle interior air, and the formula (3) has about 10 million degrees of freedom. It becomes a degree. On the other hand, the approximate structural acoustic coupled equation shown in Eq. (9) consists of a matrix of ( ns + n f) × (ns + n f), and is derived from a matrix of (N s + N f) × (N s + N f ) . Also becomes smaller. Generally, when the structural cutoff frequency λ sc and the acoustic cutoff frequency λ fc are set to about 600 Hz, n s + n f becomes about 1000, and the size of the matrix constituting the equation solved by the structural design support system 1 becomes small. In this way, since the size of the matrix is reduced, the resources required for the calculation can be reduced and the calculation speed can be increased. Further, in the structural design support system 1, the acoustic sensitivity H is calculated based on the unique modes of a plurality of sound pressures. Therefore, it is possible to consider the effect of interference caused by the overlapping of a plurality of sound pressures in the intrinsic mode.

一般に車体構造に関するパラメータ(例えば、車体を構成するフレームの板厚)を変更すると、車体構造の固有モード{φsi}(i=1~n)が変化するため、モーダル構造音響連成マトリクス[aHH]を変更する必要がある。一方、変更手段11はステップST10において、車体構造の固有モードを変更することなく、番号rの車体構造の固有モード{φsr}に対する固有振動数をλからλ+δλに変化させて、近似構造音響連成方程式を導出している。このとき、車体構造の固有モードが変更されないため、変更手段11は変更処理において、モーダル構造音響連成マトリクス[aHH]を新たに算出することなく、近似構造音響連成方程式を変更することができる。よって、変更処理においてモーダル構造音響連成マトリクス[aHH]が変更される場合に比べて、計算のリソースを低減することができ、計算速度を高めることができる。特に、本実施形態では、構造カットオフ振動数λsc及び音響カットオフ振動数λfcを適切に設定することによって、モーダル構造音響連成マトリクス[aHH]のサイズを、メモリに保存可能な程度に小さくすることができる。これにより、モーダル構造音響連成マトリクス[aHH]のサイズが大きく、モーダル構造音響連成マトリクス[aHH]がハードディスクに保存される場合に比べて、データへのアクセス速度を高めることができ、より計算速度を高めることができる。更に、変更処理において車室空気のモーダル質量マトリクス[m]、車室空気のモーダル剛性マトリクス[k]、車体構造のモーダル減衰マトリクス[b]、及び車室空気のモーダル減衰マトリクス[b]を算出することなく、近似構造音響連成方程式を変更することができる。これにより、マトリクス[m]、[k]、[b]及び[b]が変更される場合に比べて、計算のリソースを低減することができ、計算速度を高めることができる。更に、本実施形態では、変更処理において、モーダル剛性マトリクス[k]のみが式(11)に基づいて変更され、モーダル質量マトリクス[m]が変更されないため、[k]及び[m]がともに変更される場合に比べて計算速度がより高められている。また、車体構造のパラメータの変更によって車体構造の固有モードが変更される場合に比べて、構造設計支援システム1では車体構造の固有モードの追従が容易であり、騒音の低減メカニズムを理解することが容易である。 Generally, when the parameters related to the vehicle body structure (for example, the plate thickness of the frame constituting the vehicle body) are changed, the unique mode {φ si } (i = 1 to n s ) of the vehicle body structure changes, so that the modal structure acoustic coupled matrix [ a HH ] needs to be changed. On the other hand, in step ST10, the changing means 11 changes the natural frequency for the natural mode {φ sr } of the vehicle body structure of the number r from λ r to λ r + δλ without changing the natural mode of the vehicle body structure, and approximates it. The structural acoustic coupling equation is derived. At this time, since the unique mode of the vehicle body structure is not changed, the changing means 11 can change the approximate structure acoustic coupling equation in the change process without newly calculating the modal structure acoustic coupling matrix [a HH ]. can. Therefore, the calculation resource can be reduced and the calculation speed can be increased as compared with the case where the modal structure acoustic coupled matrix [a HH ] is changed in the change process. In particular, in the present embodiment, the size of the modal structural acoustic coupled matrix [a HH ] can be stored in the memory by appropriately setting the structural cutoff frequency λ sc and the acoustic cutoff frequency λ fc . Can be made smaller. As a result, the size of the modal structure acoustic coupled matrix [a HH ] is large, and the access speed to the data can be increased as compared with the case where the modal structure acoustic coupled matrix [a HH ] is stored in the hard disk. The calculation speed can be further increased. Further, in the modification process, the modal mass matrix [ m f ] of the vehicle interior air, the modal rigidity matrix [k f ] of the vehicle interior air, the modal damping matrix [bs] of the vehicle body structure, and the modal damping matrix [b] of the vehicle interior air. f ] can be changed without calculating the approximate structural acoustic coupling equation. As a result, the calculation resource can be reduced and the calculation speed can be increased as compared with the case where the matrix [m f ], [k f ], [b s ] and [b f ] are changed. Further, in the present embodiment, in the change process, only the modal stiffness matrix [ ks ] is changed based on the equation (11), and the modal mass matrix [ms] is not changed, so that [ ks ] and [ ms ] are changed. ] Is changed, the calculation speed is higher. Further, compared to the case where the specific mode of the vehicle body structure is changed by changing the parameters of the vehicle body structure, the structural design support system 1 makes it easier to follow the specific mode of the vehicle body structure, and it is possible to understand the noise reduction mechanism. It's easy.

また、ステップST9において、モーダル構造音響連成マトリクス[aHH]の要素を出力するようにしてもよい。これにより、どの構造モードが、どの音響モードとどれぐらい連成しているかを示した情報が出力されるため、騒音の低減メカニズムを理解することが容易になる。 Further, in step ST9, the element of the modal structure acoustic coupled matrix [a HH ] may be output. This makes it easier to understand the noise reduction mechanism because information indicating which structural mode is coupled to which acoustic mode is output.

また、変更処理において対角化を再度実行する場合には、固有振動数の値に基づいて、対角化後の固有モードの順番が対角化前の順番に比べて変更されることがある。このとき、固有モードの変更前の順番と変更後の順番との対応関係に基づいて、モーダル構造音響連成マトリクス[aHH]の要素を入れ替えるように構成するとよい。これにより、モーダル構造音響連成マトリクス[aHH]の要素を再度計算する必要がないため、最適化処理に要する計算量を低減することができる。 In addition, when diagonalization is executed again in the change process, the order of the natural modes after diagonalization may be changed compared to the order before diagonalization based on the value of the natural frequency. .. At this time, it is preferable to replace the elements of the modal structure acoustic coupled matrix [ aHH ] based on the correspondence between the order before the change and the order after the change of the eigenmode. As a result, it is not necessary to recalculate the elements of the modal structure acoustic coupled matrix [a HH ], so that the amount of calculation required for the optimization process can be reduced.

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態には限定されない。変更手段11が車体構造の固有モードの固有振動数の1つを変更するように構成されていたが、変更手段11が2つ以上の車体構造の固有モードの固有振動数を変更するように構成してもよい。 Although the description of the specific embodiment is completed above, the present invention is not limited to the above embodiment. The changing means 11 was configured to change one of the natural modes of the vehicle body structure, but the changing means 11 was configured to change the natural frequency of two or more vehicle body structures in the natural mode. You may.

1 :構造設計支援システム
2 :演算処理部
3 :記憶媒体
4 :入力部
5 :出力部
6 :物理モデル生成手段
7 :構造解析手段
8 :音響解析手段
9 :連成方程式導出手段
10 :音響感度算出手段
11 :変更手段
1: Structural design support system 2: Arithmetic processing unit 3: Storage medium 4: Input unit 5: Output unit 6: Physical model generation means 7: Structural analysis means 8: Acoustic analysis means 9: Coupled equation derivation means 10: Acoustic sensitivity Calculation means 11: Change means

Claims (2)

車体から乗員への音響感度を低減し得る車体構造を設計するための構造設計支援システムであって、
前記車体構造の物理モデル、車室空気の物理モデル、及び物理座標における構造音響連成方程式をそれぞれ生成する物理モデル生成手段と、
前記車体構造の物理モデルを用いて前記車体構造の固有振動数及び固有モードを演算する構造解析手段と、
前記車室空気の物理モデルを用いて前記車室空気の固有振動数及び固有モードを演算する音響解析手段と、
前記車体構造の固有モード及び前記車室空気の固有モードに基づいて座標変換を行い、モーダル座標における構造音響連成方程式を導出した後に、構造カットオフ振動数以下の前記車体構造の固有モード、及び音響カットオフ振動数以下の前記車室空気の固有モードに対する近似構造音響連成方程式を導出する連成方程式導出手段と、
前記近似構造音響連成方程式に基づいて前記音響感度を算出する音響感度算出手段と、
前記音響感度に基づいて、前記近似構造音響連成方程式の前記構造カットオフ振動数以下の前記車体構造の固有振動数の中から選択された少なくとも1つを変更する変更手段とを有し、
前記変更手段によって変更された前記近似構造音響連成方程式に基づいて、前記音響感度算出手段が演算を繰り返すことによって前記音響感度を最小化することを特徴とする構造設計支援システム。
It is a structural design support system for designing a vehicle body structure that can reduce the acoustic sensitivity from the vehicle body to the occupants.
A physical model generating means for generating a physical model of the vehicle body structure, a physical model of the cabin air, and a structural acoustic coupled equation in physical coordinates, respectively.
A structural analysis means for calculating the natural frequency and the natural mode of the vehicle body structure using the physical model of the vehicle body structure.
An acoustic analysis means for calculating the natural frequency and the natural mode of the vehicle interior air using the physical model of the vehicle interior air,
After performing coordinate conversion based on the eigenmode of the vehicle body structure and the eigenmode of the cabin air to derive the structural acoustic coupled equation in modal coordinates, the eigenmode of the vehicle body structure having a structural cutoff frequency or less, and Approximate structure for the eigenmode of the vehicle interior air below the acoustic cutoff frequency.
An acoustic sensitivity calculation means for calculating the acoustic sensitivity based on the approximate structural acoustic coupling equation, and an acoustic sensitivity calculation means.
It has a changing means for changing at least one selected from the natural frequencies of the vehicle body structure which are equal to or less than the structural cutoff frequency of the approximate structural acoustic coupling equation based on the acoustic sensitivity.
A structural design support system characterized in that the acoustic sensitivity calculating means minimizes the acoustic sensitivity by repeating an operation based on the approximate structural acoustic coupled equation changed by the changing means.
前記構造カットオフ振動数及び前記音響カットオフ振動数はそれぞれ、100Hz以上1000Hz以下であることを特徴とする請求項1に記載の構造設計支援システム。 The structural design support system according to claim 1, wherein the structural cut-off frequency and the acoustic cut-off frequency are 100 Hz or more and 1000 Hz or less, respectively.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024008418A (en) * 2022-07-08 2024-01-19 Jfeスチール株式会社 Method, apparatus and program for designing automobile body and method for manufacturing automobile body

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020035456A1 (en) 2000-07-03 2002-03-21 Luc Cremers Computer-aided engineering method and apparatus for predicting a quantitative value of a physical property at a point from waves generated by or scattered from a body
JP2007188164A (en) 2006-01-11 2007-07-26 Vanderplaats Design Optimization Consulting Inc Acoustic structure compound optimal design analysis method and its optimal design system and its analysis program and recording medium with its analysis program recorded
JP2008234589A (en) 2007-03-23 2008-10-02 Nissan Motor Co Ltd Structural design support system and structural design support program of vehicle body
JP2015011567A (en) 2013-06-28 2015-01-19 三菱自動車工業株式会社 Car body characteristic analytic method and car body characteristic analytic auxiliary

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06249761A (en) * 1993-02-24 1994-09-09 Hitachi Ltd Designing system for structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020035456A1 (en) 2000-07-03 2002-03-21 Luc Cremers Computer-aided engineering method and apparatus for predicting a quantitative value of a physical property at a point from waves generated by or scattered from a body
JP2007188164A (en) 2006-01-11 2007-07-26 Vanderplaats Design Optimization Consulting Inc Acoustic structure compound optimal design analysis method and its optimal design system and its analysis program and recording medium with its analysis program recorded
JP2008234589A (en) 2007-03-23 2008-10-02 Nissan Motor Co Ltd Structural design support system and structural design support program of vehicle body
JP2015011567A (en) 2013-06-28 2015-01-19 三菱自動車工業株式会社 Car body characteristic analytic method and car body characteristic analytic auxiliary

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