JPH05164652A - 実験モーダル解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 形状測定及び加振実験における労力を軽減す
る。 【構成】 実験モーダル解析装置は、被解析物１に対し
て衝撃を加えるための加振器６と、被解析物１に対する
距離の変化を検出する変位センサ５と、変位センサ５を
移動させるアーム４と、それらに接続された解析装置本
体７とを備えている。解析装置本体７は、変位センサ５
とアーム４とを制御して被解析物１の形状を解析する形
状解析手段と、形状解析手段での解析結果に基づき加振
器６と変位センサ５とアーム４とを制御して被解析物１
の振動特性を解析する振動解析手段とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モーダル解析装置、特
に、実験的に被解析物を振動させてモーダル解析を行う
ための実験モーダル解析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モーダル解析とは、物体のモードを求め
る解析のことである。物体のモードとは、その物体が固
有に持つ固有モーダルパラメーター（振動の形態、固有
振動数、モード減衰比）のことであり、有限要素法を用
いて求める方法と実験によって求める方法とがある。実
験によって求めるモーダル解析（すなわち実験モーダル
解析）では、対象となる物体の形状を有限個の点及びそ
れらを結ぶ線からなるワイヤフレーム（仮想的升目）で
置き換えるために、物体の形状に対応する有限個の点を
コンピュータに数値入力して、コンピュータで被解析物
のワイヤフレームを取り扱えるようにする（形状測
定）。次に、ワイヤフレーム上に定義された各点におけ
る応答ないし入力の測定方向を定義する（自由度の定
義）。

【０００３】次に、加振実験によって物体の伝達関数
（周波数応答関数）を測定し、その測定によって得られ
た波形に理論的に構成した伝達関数を近似させ（カーブ
・フィット）、それによって固有振動数、モード減衰
比、振動の形態を得る。さらに上述のモーダル解析によ
って求められた固有モーダルパラメーターに基づいて、
各種のシミュレーションを行うこともできる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成では、
ワイヤーフレームを用いて形状定義を行う場合、物体の
形状の座標値を、図面を元にコンピュータにマニュアル
入力する必要がある。また、適当な図面がない場合に
は、座標値入力に先立って被解析物の測定作業がさらに
必要となる。したがって、モーダル解析を行うに際して
は、加振実験に加えて形状定義が労力を費やす作業とな
る。

【０００５】本発明の目的は、形状測定及び加振実験に
おける労力を軽減することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る実験モーダ
ル解析装置は、被解析物に対して衝撃を加えるための加
振手段と、被解析物に対する距離の変化を検出する変位
センサと、変位センサを移動させる移動手段と、変位セ
ンサと移動手段とを制御して被解析物の形状を解析する
形状解析手段と、形状解析手段での解析結果に基づき加
振手段と変位センサと移動手段とを制御して被解析物の
振動特性を解析する振動解析手段とを備えている。

【０００７】

【作用】本発明に係る実験モーダル解析装置では、まず
形状解析手段が、変位センサと移動手段とを制御して被
解析物の形状を解析する。ここでは、変位センサが被解
析物の外面に沿って移動することにより、被解析物の形
状が検出される。次に、振動解析手段が、形状解析手段
での解析結果に従い、加振手段と変位センサと移動手段
とを制御して被解析物の振動特性を解析する。ここで
は、加振手段が被解析物に対して衝撃を加え、変位セン
サが被解析物の振動を検出する。

【０００８】この結果、被解析物の形状測定と振動測定
とを自動的に行うことが可能となり、形状測定及び加振
実験における労力が軽減される。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例が採用された実験モ
ーダル解析装置を示している。図１において、このモー
ダル解析装置は、被解析物１を保持するための支持枠２
と、支持枠２と被解析物１とを弾性的に連結するための
複数のばね３を有している。ばね３としては、被解析物
１の固有振動数から自身の固有振動数が離れたものが用
いられる。支持枠２の側方にはアーム４が配置されてい
る。アーム４は、アーム駆動部１６を有し、先端部に変
位センサ５を有しており、変位センサ５が被解析物１に
対して周囲から接近可能となっている。

【００１０】変位センサ５は、被解析物１と対向する位
置に配置されたコイル（図示せず）を有する渦電流検出
型である。ここでは、コイルに交流電流を流すと交番磁
束が発生し、対向する物体中を渦電流が流れてコイルの
インダクタンスが変化することにより、対象物の変位が
検出される。コイルのインダクタンスの値はコイルと物
体間の距離に対応するので、対象物との距離を非接触で
計ることができる。

【００１１】変位センサ５の下方には、被解析物１の底
面を加振するための加振器６が配置されている。加振器
６は、圧電型発振器により特定周波数を持たないランダ
ム波を発生させることができる。加振器６の先端部に
は、生じた衝撃力を検出する力センサ６ａが設けられて
いる。実験モーダル解析装置本体７は、図２に示すよう
な制御部１１を有している。この制御部１１は、ＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを
備えている。制御部１１には、キーボード１２と、ＣＲ
Ｔ１３と、ジョイスティック１４とが接続されている。
また制御部１１には、加振器６の駆動部１５と、力セン
サ６ａ及び変位センサ５からの信号を受けて伝達関数の
演算を行うＦＦＴアナライザー１７と、アーム４の駆動
部１６とが接続されている。

【００１２】本実施例の実験モーダル解析装置は、制御
部１１によって制御され、以下に説明するように動作す
る。なお、図３及び図４はその制御フローチャートであ
る。まず、導電性材料からなるブロック状の被解析物１
が、ばね３を用いて支持枠２に支持される。なお、ばね
３の一端は、被解析物１の表面にビス留めもしくは接着
により固定される。

【００１３】プログラムがスタートすると、ステップＳ
１において、アーム４の先端部に配置された変位センサ
５の各移動方向の限界値を設定し、形状定義のメモリを
クリアする等の初期設定を行う。ステップＳ２では、キ
ーボード１２またはジョイスティック１４からの入力信
号があったか否かに基づいて、アーム４の移動指令がな
されたか否かを判断する。アーム４の移動指令でなけれ
ばステップＳ３に移行する。ステップＳ３では、キーボ
ード１２を通じて測定開始指令がなされたか否かを判断
する。測定開始指令でなければステップＳ４に移行し、
その他の一般的な処理を行った後、再びステップＳ２に
戻る。

【００１４】アーム４の移動指令がなされた場合には、
プログラムはステップＳ２からステップＳ５に移行す
る。ステップＳ５では、移動指令に応じてアーム４が駆
動される。この機能を利用し、操作者は、変位センサ５
を被解析物１の測定開始位置に移動させる。次に、操作
者により測定開始指令がなされると、プログラムはステ
ップＳ３からステップＳ６に移行して、図４の測定サブ
ルーチンを実行する。

【００１５】図４において、ステップＳ１１では、変位
センサ５の最初の位置を測定の原点とし、被解析物１の
表面形状を測定する。ここでは、変位センサ５からの信
号に基づいて、変位センサ５と被解析物１の表面との間
の距離が一定になるようにアーム４を移動させる。すな
わち、変位センサ５を被解析物１の表面に沿って移動さ
せることにより、被解析物１の表面形状を測定する。こ
れにより、被解析物１の表面形状が枡目状に測定された
ことになる。

【００１６】ステップＳ１２では、ステップＳ１１にお
いて得られた測定結果に基づき、被解析物１の形状をワ
イヤフレームに置き換えることにより形状定義を行う。
ここでは、所定のモード解析に適した形状にワイヤフレ
ームの座標データを分割し、また伝達関数の測定点をワ
イヤフレーム上に求め、最終的なワイヤフレームデータ
とする。ステップＳ１３では、ステップＳ１２において
定義した各測定点における応答乃至は入力の測定方向を
設定する（自由度の定義）。

【００１７】そして、ステップＳ１４において加振試験
を行う。加振試験では、変位センサ５を第１番目の測定
点に移動させ、続いて加振器６からの加振を被解析物１
に対し行う。加振器６からのランダム波によって生じた
被解析物１の振動（変位）は、変位センサ５によって検
出され、ＦＦＴアナライザー１７に入力される。ワイヤ
フレーム上の各測定点に変位センサ５を移動させ、すべ
ての測定点において振動状態を検出し、伝達関数を決定
すれば、ステップＳ１５に移行する。

【００１８】ステップＳ１５では、ステップＳ１４で得
られた伝達関数の結果と、固有モーダルパラメータを組
み合わせて理論的に構成した伝達関数とを比較し、両者
を近似させる（カーブ・フィッティング）。そして、ス
テップＳ１６においてシミュレーションを必要に応じて
行う。このシミュレーションが終われば、プログラムは
図３のメインルーチンに戻り、入力待ちの状態となる。

【００１９】このように、本実施例では、変位センサ５
をアーム４の操作により移動させ、解析物の形状の測定
及び振動状態の測定を行うので、実験モーダル解析の作
業を一貫して自動化することが可能となる。 〔他の実施例〕 （ａ） 変位センサ５としては、渦電流型のものに限ら
れることはなく、たとえば光学電子式のものでもよい。 （ｂ） 加振器６としては、圧電型のものに限られるこ
とはなく、たとえば油圧式のものでもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明においては、解析物に対する距離
の変化を検出する変位センサを移動手段によって制御
し、被解析物の形状と振動特性とを併せて検出する構成
としたので、被解析物の形状測定と振動測定とを自動的
に行うことが可能となり、形状測定及び加振実験におけ
る労力が軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が採用された実験モーダル解
析装置の全体概略図。

【図２】実験モーダル解析装置の制御系の構成を示すブ
ロック図。

【図３】その制御フローチャート。

【図４】その測定フローチャート。

【符号の説明】

１ 被解析物 ４ アーム ５ 変位センサ ６ 加振器 ７ 解析装置本体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被解析物に対して衝撃を加えるための加振
   手段と、 前記被解析物に対する距離の変化を検出する変位センサ
   と、 前記変位センサを移動させる移動手段と、 前記変位センサと前記移動手段とを制御して、前記被解
   析物の形状を解析する形状解析手段と、 前記形状解析手段での解析結果に基づき、前記加振手段
   と前記変位センサと前記移動手段とを制御して、前記被
   解析物の振動特性を解析する振動解析手段と、 を備えた実験モーダル解析装置