JPH0421962A - 浮上現象解析装置 - Google Patents
浮上現象解析装置Info
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- JPH0421962A JPH0421962A JP2127364A JP12736490A JPH0421962A JP H0421962 A JPH0421962 A JP H0421962A JP 2127364 A JP2127364 A JP 2127364A JP 12736490 A JP12736490 A JP 12736490A JP H0421962 A JPH0421962 A JP H0421962A
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- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 59
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B15/00—Driving, starting or stopping record carriers of filamentary or web form; Driving both such record carriers and heads; Guiding such record carriers or containers therefor; Control thereof; Control of operating function
- G11B15/60—Guiding record carrier
- G11B15/61—Guiding record carrier on drum, e.g. drum containing rotating heads
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B15/00—Driving, starting or stopping record carriers of filamentary or web form; Driving both such record carriers and heads; Guiding such record carriers or containers therefor; Control thereof; Control of operating function
- G11B15/02—Control of operating function, e.g. switching from recording to reproducing
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- H04N17/00—Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details
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- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はビデオテープの浮上現象を解析する装置に関す
るものである。
るものである。
従来の技術
現在、ビデオテープの浮」二現象の数値解析は差分法を
用いて行うのが主である。しかし差分法で解析を行う場
合、解析領域の要素分割は数値解析の手法上、直交格子
状の分割しか許されない。
用いて行うのが主である。しかし差分法で解析を行う場
合、解析領域の要素分割は数値解析の手法上、直交格子
状の分割しか許されない。
また、解析装置の構成としては、第３図に示すように、
主に、データ入力部４、空気膜の圧力の計算を行う流体
解析部５と、ビデオテープの変位を計算する構造解析部
６、収束判定部７、結果出力部８とを備え、流体解析と
構造解析を交互に繰り返し収束解を求めることによフて
ビデオテープの浮上現象の数値解析を行う装置が知られ
ている。
主に、データ入力部４、空気膜の圧力の計算を行う流体
解析部５と、ビデオテープの変位を計算する構造解析部
６、収束判定部７、結果出力部８とを備え、流体解析と
構造解析を交互に繰り返し収束解を求めることによフて
ビデオテープの浮上現象の数値解析を行う装置が知られ
ている。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、上記のような技術では流体解析と構造解
析を独立して別々に行うため数値計算が収束するまでに
非常に多くの繰り返し計算が必要となり計算時間が長く
なってしまう。また、解析の対象となるビデオデツキの
シリンダーやヘッドは多くの曲面で構成されており、解
析対象領域を分割する際に直交格子しか扱えない差分法
ではシリンダーやヘッドの形状を精度良くモデル化する
ことができず高精度の解析情報は得られない。
析を独立して別々に行うため数値計算が収束するまでに
非常に多くの繰り返し計算が必要となり計算時間が長く
なってしまう。また、解析の対象となるビデオデツキの
シリンダーやヘッドは多くの曲面で構成されており、解
析対象領域を分割する際に直交格子しか扱えない差分法
ではシリンダーやヘッドの形状を精度良くモデル化する
ことができず高精度の解析情報は得られない。
本発明はこのような従来の課題に鑑み、シリンダーやヘ
ッドの形状のような曲面形状を精度良くモデル化でき、
計算量が少なく高精度の解情報が得られるビデオテープ
浮上現象解析装置を提供することを目的とする。
ッドの形状のような曲面形状を精度良くモデル化でき、
計算量が少なく高精度の解情報が得られるビデオテープ
浮上現象解析装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、流体及び／又は構造物に間するデータを読み
込むためのデータ入力部と、そのデータ入力部によフて
入力されたデータに基き、前記流体および構造物の連成
問題を、前記流体および構造物の特性を表わす各々の基
礎方程式を連立させて同時に解くことによフてその解情
報を得る浮上解析部と、その浮上解析部で解析された解
析結果情報を出力する結果出力部とを備えた浮上現象解
析装置である。
込むためのデータ入力部と、そのデータ入力部によフて
入力されたデータに基き、前記流体および構造物の連成
問題を、前記流体および構造物の特性を表わす各々の基
礎方程式を連立させて同時に解くことによフてその解情
報を得る浮上解析部と、その浮上解析部で解析された解
析結果情報を出力する結果出力部とを備えた浮上現象解
析装置である。
作用
本発明では、例えば、解析対象領域を複数個の簡単な形
状の微小領域要素に分割して、これら個々の要素におけ
る空気膜の圧力とビデオテープの変位を未知数とし、空
気膜の圧力に関する方程式とビデオテープの変位に間す
る方程式を連立させて有限要素法により解くことによっ
てビデオテープの浮上現象の解析演算を電子計算機に実
行させる。これによって、流体解析と構造解析を同時に
行うことにより計算量の削減が可能となり、また数値解
法として有限要素法を用いることにより解析対象となる
シリンダーやヘッドの曲面形状を精度良くモデル化する
ことが可能な、ビデオテープの浮上解析の時間短縮と精
度向上に有効な解析装置が提供される。
状の微小領域要素に分割して、これら個々の要素におけ
る空気膜の圧力とビデオテープの変位を未知数とし、空
気膜の圧力に関する方程式とビデオテープの変位に間す
る方程式を連立させて有限要素法により解くことによっ
てビデオテープの浮上現象の解析演算を電子計算機に実
行させる。これによって、流体解析と構造解析を同時に
行うことにより計算量の削減が可能となり、また数値解
法として有限要素法を用いることにより解析対象となる
シリンダーやヘッドの曲面形状を精度良くモデル化する
ことが可能な、ビデオテープの浮上解析の時間短縮と精
度向上に有効な解析装置が提供される。
実施例
以下に本発明の実施例を図面を参照して説明する。
本実施例では、ビデオデツキにおけるシリンダー回転時
のビデオテープの浮上現象番、流体（空気膜）と構造物
（ビデオテープ）との速成問題として解析することによ
りビデオテープの安定走行のための各種のパラメータ（
例えばシリンダー回転速度、ヘッド形状、テープの張力
等）の最適値を求める例を取りあげる。
のビデオテープの浮上現象番、流体（空気膜）と構造物
（ビデオテープ）との速成問題として解析することによ
りビデオテープの安定走行のための各種のパラメータ（
例えばシリンダー回転速度、ヘッド形状、テープの張力
等）の最適値を求める例を取りあげる。
そもそも、ビデオテープの浮上現象は流体である空気膜
と膜状の構造物であるビデオテープの相互作用によって
起きるものである。従って、ビデオテープの浮上現象の
解析を行うには流体（空気膜）と構造物（ビデオテープ
）の連成問題として取り扱う必要がある。
と膜状の構造物であるビデオテープの相互作用によって
起きるものである。従って、ビデオテープの浮上現象の
解析を行うには流体（空気膜）と構造物（ビデオテープ
）の連成問題として取り扱う必要がある。
第１図は本発明の一実施例におけるビデオテープ浮上現
象解析装置の構成を示すブロック図である。
象解析装置の構成を示すブロック図である。
本実施例のビデオテープ浮上現象解析装置は、データを
読み込むためのデータ入力部１（Ａ）と、入力されたデ
ータに基き流体および構造物の連立方程式の係数マトリ
ックスを構築するマトリックス構築部２１（Ｂ）及び非
線形の繰り返し計算を行う非線形収束計算部（Ｃ）を有
する浮上解析部２と、浮上解析部２で解析された解析結
果情報を出力する結果出力部３（Ｄ）を備えた装置であ
る。
読み込むためのデータ入力部１（Ａ）と、入力されたデ
ータに基き流体および構造物の連立方程式の係数マトリ
ックスを構築するマトリックス構築部２１（Ｂ）及び非
線形の繰り返し計算を行う非線形収束計算部（Ｃ）を有
する浮上解析部２と、浮上解析部２で解析された解析結
果情報を出力する結果出力部３（Ｄ）を備えた装置であ
る。
すなわち、更に、具体的に述べると、データ入力部１（
Ａ）は、解析対象領域を複数個の簡単な形状の要素に分
割してできる節点及び要素と、空気膜、ビデオテープな
どの各種物性値と、境界条件のデータ（空気膜の厚さｈ
、分子の平均自由行程入、大気圧ｐい 空気の粘性係数
μ、シリンダーとビデオテープ間の相対速度Ｖなど、後
に述べるデータ）を入力する手段である。例えば、キー
ボードなどである。
Ａ）は、解析対象領域を複数個の簡単な形状の要素に分
割してできる節点及び要素と、空気膜、ビデオテープな
どの各種物性値と、境界条件のデータ（空気膜の厚さｈ
、分子の平均自由行程入、大気圧ｐい 空気の粘性係数
μ、シリンダーとビデオテープ間の相対速度Ｖなど、後
に述べるデータ）を入力する手段である。例えば、キー
ボードなどである。
浮上解析部２のマトリックス構築部２１（Ｂ）は、デー
タ入力部１ （Ａ）で入力されたデータに基き流体およ
び構造物の連立方程式の係数７トリツクスを構築する手
段である。次に、その流体（空気膜）及び構造物（ビデ
オテープ）の特性を表す基礎方程式を示す。
タ入力部１ （Ａ）で入力されたデータに基き流体およ
び構造物の連立方程式の係数７トリツクスを構築する手
段である。次に、その流体（空気膜）及び構造物（ビデ
オテープ）の特性を表す基礎方程式を示す。
空気膜による圧力ｐは次式（１）の條正レイノルズ方程
式によりで表される。
式によりで表される。
ただし、１Ｎは空気膜の厚さ、ｐは空気膜による圧力、
λは分子の平均自由行程、Ｉ）１は大気圧、／Ｚは空気
の粘性係数、また■はシリンダーととデオテー１間の相
対速度を表わしている。
λは分子の平均自由行程、Ｉ）１は大気圧、／Ｚは空気
の粘性係数、また■はシリンダーととデオテー１間の相
対速度を表わしている。
また、ビデオテープの変位Ｗは次式（２）の運動方程式
によって表される。
によって表される。
ただし、Ｄはビデオテープの曲げ剛性、Ｅはビデオテー
プのヤング率、ｔはビデオテープの厚さ、νはビデオテ
ープのポアソン比、Ｗはビデオテープの変位、ρはビデ
オテープの密度、Ｔはビデオテープに作用する張力、ま
た■はシリンダーとビデオチー１間の相対速度を表わし
ている。
プのヤング率、ｔはビデオテープの厚さ、νはビデオテ
ープのポアソン比、Ｗはビデオテープの変位、ρはビデ
オテープの密度、Ｔはビデオテープに作用する張力、ま
た■はシリンダーとビデオチー１間の相対速度を表わし
ている。
また、空気膜の厚さｈとビデオテープの変位Ｗの間には
次式（３）の関係がある。
次式（３）の関係がある。
ｈ ” ｈｅ −υ
但し、ｈｅはシリンダーおよびヘッドの形状を表す間数
である。
である。
従来の解析装置は（１）式、 （２）式を別々に交互に
繰り返して解く手段を利用することにより、収束画情報
を求めることによって、浮上現象の解析情報を出力して
いたが、本発明のマトリックス構築部２１は、これら（
１）式、 （２）式を連立させて同時に解くことにより
係数マトリックス情報を求め、計算量および計算時間の
削減を図フでいる。 （３）式の関係より、ｈとＷのう
ちＷを独立変数とすると（１）、 （２）式はビデオテ
ープの変位Ｗと空気膜の圧力ｐに関する連立偏微分方程
式となる。この連立偏微分方程式を有限要素法によって
数値解析すればよい。
繰り返して解く手段を利用することにより、収束画情報
を求めることによって、浮上現象の解析情報を出力して
いたが、本発明のマトリックス構築部２１は、これら（
１）式、 （２）式を連立させて同時に解くことにより
係数マトリックス情報を求め、計算量および計算時間の
削減を図フでいる。 （３）式の関係より、ｈとＷのう
ちＷを独立変数とすると（１）、 （２）式はビデオテ
ープの変位Ｗと空気膜の圧力ｐに関する連立偏微分方程
式となる。この連立偏微分方程式を有限要素法によって
数値解析すればよい。
そこで、 （１）式、 （２）式を有限要素法で数値解
析するために重み１１き残差法を用いて１Ｉｌｉ故化す
る。未知数ｐおよびＷの補間関数をそれぞれビＷ°とし
、 これらと同じ形を持つ重み関数をφ讐°、Φｐ°
として（１）式、 （２）式に重み１１き残差法を適用
すると、次のような（４）式、 （５）式が得られる。
析するために重み１１き残差法を用いて１Ｉｌｉ故化す
る。未知数ｐおよびＷの補間関数をそれぞれビＷ°とし
、 これらと同じ形を持つ重み関数をφ讐°、Φｐ°
として（１）式、 （２）式に重み１１き残差法を適用
すると、次のような（４）式、 （５）式が得られる。
Ｘ ｕＫ （ｐ”、ｗｏ） Φｕ” ｄ Ｘ ｄ
３’θ ｕＦ （ｐｏ。
３’θ ｕＦ （ｐｏ。
ｗ”） Φ、”ｄｘｄｙ
＋ＪｓｃΦ、”ｄｓ＝０ （５）但し、■は
解析領域、Ｓは境界、ｄｓは線積分、Ａ、 Ｂ、
Ｃ１は境Ｗ条件を表す。 （４）式、 （５）式を重み
関数Φ、゛、Φ、°の任意の値について成立させる条１
′！二が重み１１き残差法による離散化式とな（４）式
、 （６）式から導かれる離散化式をマトリックス表示
すると（６）式のようになる。
解析領域、Ｓは境界、ｄｓは線積分、Ａ、 Ｂ、
Ｃ１は境Ｗ条件を表す。 （４）式、 （５）式を重み
関数Φ、゛、Φ、°の任意の値について成立させる条１
′！二が重み１１き残差法による離散化式とな（４）式
、 （６）式から導かれる離散化式をマトリックス表示
すると（６）式のようになる。
但し、 （Ｋ讐）は（４）式から、 （Ｆ ｐ）、（Ｒ
１））は（５）式から導かれる。
１））は（５）式から導かれる。
（６）式はｐおよびＷに関して非線形の連立方程式とな
り、非線形の繰り返し演算が必要となる。
り、非線形の繰り返し演算が必要となる。
そこで、浮上解析部２の非線形収束計算部２２（Ｃ）が
、非線形の繰り返し演算を行う。ここでは非線形計算に
ニュートンラフラン法を用いた。
、非線形の繰り返し演算を行う。ここでは非線形計算に
ニュートンラフラン法を用いた。
非線形計算における解の修正量情報は（７）式によフて
得られる。
得られる。
但し、Ｋ、 Ｆは（４）式、 （５）式から導かれる
離散化式、ΔＷ、Δｐは未知数ｗ、 ｐの修正量を表
す。
離散化式、ΔＷ、Δｐは未知数ｗ、 ｐの修正量を表
す。
非線形収束計算部２２は、この（７）式を繰り返し計算
することによって収束解情報を求めることができる。
することによって収束解情報を求めることができる。
第２図は本発明による解析例のひとっである。
同図（ａ）、 （ｂ）に解析対象モデルを示す。
幅ａ ｔｎ ｍ、長さ５ｍｍ、深さ０．００７ｍｍの矩
形の穴１ｏの付いたシリンダー９を回転させ、それにビ
デオテープ１１をか（すたときの穴１ｏ付近のビデオテ
ープの変形量を本発明により求める。
形の穴１ｏの付いたシリンダー９を回転させ、それにビ
デオテープ１１をか（すたときの穴１ｏ付近のビデオテ
ープの変形量を本発明により求める。
同図（ｃ）はビデオテープ１１の中央部の変形形状の本
発明による結果と実験による測定結果の比較である。実
線が本発明の結果、点線が測定結果を表している。また
、同図（ｄ）は本発明によるビデオテープの変形形状を
示す斜視図である。
発明による結果と実験による測定結果の比較である。実
線が本発明の結果、点線が測定結果を表している。また
、同図（ｄ）は本発明によるビデオテープの変形形状を
示す斜視図である。
結果出力部３は、浮上解析部２によって得られたビデオ
チー１１１の形状、応力分布、空気膜の圧力分布などの
データを出力する手段であって、プリンター ＣＲＴ、
プロッター等の手段である。
チー１１１の形状、応力分布、空気膜の圧力分布などの
データを出力する手段であって、プリンター ＣＲＴ、
プロッター等の手段である。
以上のように本実施例によれば、空気膜の圧力に関する
方程式とビデオテープの変位に関する方程式を連立させ
て同時に解くことによりビデオテープの浮上現象を解析
することができ、解析に要する計算量を削減し計算時間
の短縮を図ることができる。また、有限要素法を採用す
ることによりシリンダーやヘッドの曲面形状を正確にモ
デル化することができ、差分法よりも高精度の解情報を
得ることができる。
方程式とビデオテープの変位に関する方程式を連立させ
て同時に解くことによりビデオテープの浮上現象を解析
することができ、解析に要する計算量を削減し計算時間
の短縮を図ることができる。また、有限要素法を採用す
ることによりシリンダーやヘッドの曲面形状を正確にモ
デル化することができ、差分法よりも高精度の解情報を
得ることができる。
なお、本発明における浮上解析部等は、コンピュータを
用いてソフトウェア的、或はファームウェア的に実現し
てもかまわない。
用いてソフトウェア的、或はファームウェア的に実現し
てもかまわない。
発明の詳細
な説明したように、本発明は、流体及び／又は構造物に
関するデータを読み込むためのデータ入力部と、そのデ
ータ入力部によって入力されたデータに基き、前記流体
および構造物の連成問題を、前記流体および構造物の特
性を表わす各々の基礎方程式を連立させて同時に解くこ
とによフてその解情報を得る浮上解析部と、その浮上解
析部で解析された解析結果情報を出力する結果出力部と
を備えたことを特徴とする浮上現象解析装置であるから
、ビデオテープ等の構造物の浮上状態に関する情報を高
速に解析することができる。
関するデータを読み込むためのデータ入力部と、そのデ
ータ入力部によって入力されたデータに基き、前記流体
および構造物の連成問題を、前記流体および構造物の特
性を表わす各々の基礎方程式を連立させて同時に解くこ
とによフてその解情報を得る浮上解析部と、その浮上解
析部で解析された解析結果情報を出力する結果出力部と
を備えたことを特徴とする浮上現象解析装置であるから
、ビデオテープ等の構造物の浮上状態に関する情報を高
速に解析することができる。
第１図は本発明における浮−ヒ現象解析装置の構成を示
すブロック図、第２図は本発明による解析情報を説明す
るための図、第３図は従来の浮上現象解析装置の構成を
示すブロック図である。 ｌ・・・データ入力部、２・・・浮上解析部、２１・・
・マトリックス構築部、２２・・・非線形収束計算部、
３・・・結果出力部、９・・・シリンダー ＩＯ・・・
穴、１・・・ビデオテープ。
すブロック図、第２図は本発明による解析情報を説明す
るための図、第３図は従来の浮上現象解析装置の構成を
示すブロック図である。 ｌ・・・データ入力部、２・・・浮上解析部、２１・・
・マトリックス構築部、２２・・・非線形収束計算部、
３・・・結果出力部、９・・・シリンダー ＩＯ・・・
穴、１・・・ビデオテープ。
Claims (4)
- （１）流体及び／又は構造物に関するデータを読み込む
ためのデータ入力部と、そのデータ入力部によって入力
されたデータに基き、前記流体および構造物の連成問題
を、前記流体および構造物の特性を表わす各々の基礎方
程式を連立させて同時に解くことによってその解情報を
得る浮上解析部と、その浮上解析部で解析された解析結
果情報を出力する結果出力部とを備えたことを特徴とす
る浮上現象解析装置。 - （２）流体は空気であり、前記構造物は、ビデオテープ
であることを特徴とする請求項１記載の浮上現象解析装
置。 - （３）浮上解析部は、前記流体の数値解析法と前記構造
物の数値解析法を連成させたビデオテープの浮上現象の
有限要素法による解析演算を行うことを特徴とする請求
項２記載の浮上現象解析装置。 - （４）流体及び／又は構造物に関するデータを読み込む
ためのデータ入力部と、そのデータ入力部によって入力
されたデータに基き、前記流体および構造物の連成問題
を、前記流体および構造物の特性を表わす各々の基礎方
程式を連立させて同時に解くことによって係数マトリッ
クス情報を求めるマトリックス構築部と、そのマトリッ
クス構築部で得られた非線形の連立方程式について、非
線形の繰り返し演算を行う非線形収束計算部と、その非
線形収束計算部で得られた結果情報を出力する結果出力
部とを備えたことを特徴とする浮上現象解析装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2127364A JPH0421962A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 浮上現象解析装置 |
| US07/701,214 US5307291A (en) | 1990-05-16 | 1991-05-16 | Instrument for analysis of levitation of rapidly moving structure such as a magnetic tape across an air gap |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2127364A JPH0421962A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 浮上現象解析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421962A true JPH0421962A (ja) | 1992-01-24 |
Family
ID=14958136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2127364A Pending JPH0421962A (ja) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | 浮上現象解析装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5307291A (ja) |
| JP (1) | JPH0421962A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033164A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Alps Electric Co Ltd | 筐体及び筐体の製造方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5508945A (en) * | 1992-08-05 | 1996-04-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Levitation phenomenon analyzer and magnetic recording apparatus including levitation phenomenon analyzer |
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