JPH06249761A - 構造設計システム - Google Patents
構造設計システムInfo
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- JPH06249761A JPH06249761A JP5035171A JP3517193A JPH06249761A JP H06249761 A JPH06249761 A JP H06249761A JP 5035171 A JP5035171 A JP 5035171A JP 3517193 A JP3517193 A JP 3517193A JP H06249761 A JPH06249761 A JP H06249761A
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- JP
- Japan
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- sound pressure
- sound
- vibration
- design parameter
- change
- Prior art date
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- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】プリプロセッサ３で作成したデータはファイル
４を介して振動及び振動感度解析演算部５に入力され、
振動及び振動感度係数の計算が行われ、結果は結果出力
部６で出力され、またファイル７を介して音響及び音響
感度解析演算部８に入力される。音響及び音響感度解析
演算部８では、音圧及び音圧感度係数が計算され、結果
は結果出力部９で出力され、またファイル１０を介して
設計パラメータ同定演算部１１に入力される。 【効果】目標音圧にする構造物の設計パラメータの変更
量を推定し、変更後の各受音点の音圧を予測することが
できる。設計者はどの部分をどの程度変えれば、どの程
度の効果が得られるかの判断が表示画面を見ながら容易
に行える。
４を介して振動及び振動感度解析演算部５に入力され、
振動及び振動感度係数の計算が行われ、結果は結果出力
部６で出力され、またファイル７を介して音響及び音響
感度解析演算部８に入力される。音響及び音響感度解析
演算部８では、音圧及び音圧感度係数が計算され、結果
は結果出力部９で出力され、またファイル１０を介して
設計パラメータ同定演算部１１に入力される。 【効果】目標音圧にする構造物の設計パラメータの変更
量を推定し、変更後の各受音点の音圧を予測することが
できる。設計者はどの部分をどの程度変えれば、どの程
度の効果が得られるかの判断が表示画面を見ながら容易
に行える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、構造物の振動放射音の
音響解析を用いて低騒音となる構造を設計するシステム
に係り、特に、構造設計における解析の試行錯誤による
回数を少なくし、設計の効率化を図るシステムに関す
る。
音響解析を用いて低騒音となる構造を設計するシステム
に係り、特に、構造設計における解析の試行錯誤による
回数を少なくし、設計の効率化を図るシステムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】構造物の低騒音化を効率良く図るには、
製品設計段階で目標仕様を満たす設計をすることが重要
である。しかし、実際は製品が出来上がってから、設計
者が構造物の形状や材料を試行錯誤的に変更して、騒音
の特性についての目標値を満足させているのが現状であ
る。近年では、設計の効率化を図るために、構造の形状
や材料等の設計パラメータを変えたとき、その変更がど
れだけ構造物の振動や放射音に影響を及ぼすかという影
響の度合いを示す感度解析が導入されてきている。
製品設計段階で目標仕様を満たす設計をすることが重要
である。しかし、実際は製品が出来上がってから、設計
者が構造物の形状や材料を試行錯誤的に変更して、騒音
の特性についての目標値を満足させているのが現状であ
る。近年では、設計の効率化を図るために、構造の形状
や材料等の設計パラメータを変えたとき、その変更がど
れだけ構造物の振動や放射音に影響を及ぼすかという影
響の度合いを示す感度解析が導入されてきている。
【０００３】構造物の振動から発生する放射音を目標値
に低減するため、音響の感度解析を利用して構造物の設
計パラメータの変更量を求める例としては、機械学会論
文集第５０５号Ｃ編（昭和６３−４）Ｎｏ．８７−０５
７１Ａ記載がある。これは構造変更に伴う振動振幅の変
化による音圧の変化を表す感度係数を算出し、この感度
係数をもとに現構造での音圧のピーク値を目標音圧値に
低減する設計パラメータの変更量を求めるものである。
に低減するため、音響の感度解析を利用して構造物の設
計パラメータの変更量を求める例としては、機械学会論
文集第５０５号Ｃ編（昭和６３−４）Ｎｏ．８７−０５
７１Ａ記載がある。これは構造変更に伴う振動振幅の変
化による音圧の変化を表す感度係数を算出し、この感度
係数をもとに現構造での音圧のピーク値を目標音圧値に
低減する設計パラメータの変更量を求めるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
設計パラメータである各要素の板厚の変更量を同一とす
ること、一点の受音点のみの音圧を低減する等の制約が
あり、また現構造での音圧の位相角と目標音圧の位相角
については考慮されていなかった。そのため、任意の受
音点の音圧を目標値まで低減するには、構造物の設計パ
ラメータを各々の要素についてどの程度変更すべきか、
構造物の設計パラメータを変更したときに指定した受音
点以外の点の音圧はどの程度変化するのかについての解
析が不十分であった。また、形状を変更した場合、つま
り節点座標を設計パラメータとしたときの解析について
はなされていなかった。
設計パラメータである各要素の板厚の変更量を同一とす
ること、一点の受音点のみの音圧を低減する等の制約が
あり、また現構造での音圧の位相角と目標音圧の位相角
については考慮されていなかった。そのため、任意の受
音点の音圧を目標値まで低減するには、構造物の設計パ
ラメータを各々の要素についてどの程度変更すべきか、
構造物の設計パラメータを変更したときに指定した受音
点以外の点の音圧はどの程度変化するのかについての解
析が不十分であった。また、形状を変更した場合、つま
り節点座標を設計パラメータとしたときの解析について
はなされていなかった。
【０００５】本発明の目的は、設計者が低騒音構造物を
実現するために、構造変更を伴う構造設計を効率良く実
行できる構造設計システムを提供することにある。
実現するために、構造変更を伴う構造設計を効率良く実
行できる構造設計システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は有限要素法に基づく構造振動解析及び振動
感度解析から得られる周波数応答及び周波数応答感度係
数を外力成分として、境界要素法に基づいて音響解析と
その感度解析を行い、音圧及び音圧感度係数を求める。
この解析結果を用いて、任意の受音点の音圧を目標値に
低減するために必要な設計パラメータの各要素または各
節点の変更量を求める。ついで、変更後の音圧を求めて
目標値との差を比較する。さらに、構造物の設計パラメ
ータを変更したときの複数の受音点から構成される受音
面の音圧を求め、構造物の変更量と変更後の受音面の音
圧を表示する。また、設計パラメータの変更部分となる
構造物の要素または節点とその変更量及び設計パラメー
タの種類を表示する。
に、本発明は有限要素法に基づく構造振動解析及び振動
感度解析から得られる周波数応答及び周波数応答感度係
数を外力成分として、境界要素法に基づいて音響解析と
その感度解析を行い、音圧及び音圧感度係数を求める。
この解析結果を用いて、任意の受音点の音圧を目標値に
低減するために必要な設計パラメータの各要素または各
節点の変更量を求める。ついで、変更後の音圧を求めて
目標値との差を比較する。さらに、構造物の設計パラメ
ータを変更したときの複数の受音点から構成される受音
面の音圧を求め、構造物の変更量と変更後の受音面の音
圧を表示する。また、設計パラメータの変更部分となる
構造物の要素または節点とその変更量及び設計パラメー
タの種類を表示する。
【０００７】
【作用】上記振動解析手段により、有限要素法を用いて
構造物の周波数振動応答を求める。音響解析手段によ
り、振動解析手段で得た周波数振動応答を外力成分とし
て、振動により発生する構造物の放射音の音圧を求め
る。振動感度解析手段により、構造物の設計パラメータ
を変更したときにその変更が振動の特性に及ぼす影響度
合いを示す振動感度係数を求める。音響感度解析手段に
より、振動感度解析手段で得た周波数応答感度係数を外
力成分として、構造物の設計パラメータを変更したとき
にその変更が音響の特性に及ぼす影響度合いを示す音圧
感度係数を求める。設計パラメータ同定は、音響解析手
段により得られた音圧と、音響感度解析手段により得ら
れた音圧感度係数を用いて、任意の受音点の音圧を目標
音圧にする各要素または各節点の設計パラメータの変更
量を求める。音響解析手段より得られた音圧と、音響感
度解析手段より得られた音圧感度係数と、設計パラメー
タ同定手段により得た変更量から構造変更後の音圧の予
測計算をする。表示手段は、設計パラメータ同定手段に
より得られた変更量と構造変更後の複数の受音点から構
成される受音面の音圧の関係をわかりやすく表示する。
また、設計パラメータの変更部分となる構造物の要素ま
たは節点とその変更量及び設計パラメータの種類をわか
りやすく表示する。
構造物の周波数振動応答を求める。音響解析手段によ
り、振動解析手段で得た周波数振動応答を外力成分とし
て、振動により発生する構造物の放射音の音圧を求め
る。振動感度解析手段により、構造物の設計パラメータ
を変更したときにその変更が振動の特性に及ぼす影響度
合いを示す振動感度係数を求める。音響感度解析手段に
より、振動感度解析手段で得た周波数応答感度係数を外
力成分として、構造物の設計パラメータを変更したとき
にその変更が音響の特性に及ぼす影響度合いを示す音圧
感度係数を求める。設計パラメータ同定は、音響解析手
段により得られた音圧と、音響感度解析手段により得ら
れた音圧感度係数を用いて、任意の受音点の音圧を目標
音圧にする各要素または各節点の設計パラメータの変更
量を求める。音響解析手段より得られた音圧と、音響感
度解析手段より得られた音圧感度係数と、設計パラメー
タ同定手段により得た変更量から構造変更後の音圧の予
測計算をする。表示手段は、設計パラメータ同定手段に
より得られた変更量と構造変更後の複数の受音点から構
成される受音面の音圧の関係をわかりやすく表示する。
また、設計パラメータの変更部分となる構造物の要素ま
たは節点とその変更量及び設計パラメータの種類をわか
りやすく表示する。
【０００８】
【実施例】本発明の一実施例を説明する。図１は構造設
計システムのシステムブロック図である。１はキーボー
ド、２はディスプレイであり、３は解析する構造物の節
点，要素データ等を作成するプリプロセッサである。プ
リプロセッサ３で作成したデータはファイル４を介して
振動及び振動感度解析演算部５に入力され、振動及び振
動感度係数の計算が行われる。その計算結果は結果出力
部６で出力され、またファイル７を介して音響及び音響
感度解析演算部８に入力される。音響及び音響感度解析
演算部８では、音圧及び音圧感度係数が計算され、その
計算結果は結果出力部９で出力され、またファイル１０
を介して設計パラメータ同定演算部１１に入力される。
設計パラメータ同定とは、音圧及び音圧感度係数から、
任意の受音点の音圧が目標音圧になるような構造物の設
計パラメータの変更量を求めるものであり、設計パラメ
ータ同定演算部１１の計算結果は結果出力部１２で出力
される。またファイル１３を介してポストプロセッサ１
４に入力され、ディスプレイ１５により結果が表示され
る。
計システムのシステムブロック図である。１はキーボー
ド、２はディスプレイであり、３は解析する構造物の節
点，要素データ等を作成するプリプロセッサである。プ
リプロセッサ３で作成したデータはファイル４を介して
振動及び振動感度解析演算部５に入力され、振動及び振
動感度係数の計算が行われる。その計算結果は結果出力
部６で出力され、またファイル７を介して音響及び音響
感度解析演算部８に入力される。音響及び音響感度解析
演算部８では、音圧及び音圧感度係数が計算され、その
計算結果は結果出力部９で出力され、またファイル１０
を介して設計パラメータ同定演算部１１に入力される。
設計パラメータ同定とは、音圧及び音圧感度係数から、
任意の受音点の音圧が目標音圧になるような構造物の設
計パラメータの変更量を求めるものであり、設計パラメ
ータ同定演算部１１の計算結果は結果出力部１２で出力
される。またファイル１３を介してポストプロセッサ１
４に入力され、ディスプレイ１５により結果が表示され
る。
【０００９】次に図１に示した振動及び振動感度解析演
算部５，音響及び音響感度解析演算部８，設計パラメー
タ同定演算部１１の詳細を図２に示したブロック図をも
とに説明する。１０１は構造物を有限要素に分割する節
点データ及び要素データ生成部、１０２は節点データ及
び要素データを格納する格納部、１０３は１０１で生成
された要素データをもとに剛性マトリクス及び質量マト
リクスなどの要素マトリクス生成部、１０４は材料定
数、境界条件、設計パラメータなどの属性データ生成部
である。振動解析手段１０５により要素マトリクス生成
部１０３と属性データ生成部１０４のデータをもとに周
波数振動応答が計算され、格納部１０６に結果が格納さ
れる。また、振動感度解析手段１０７により、属性デー
タ入力部１０４の板厚，弾性係数，ポアソン比，密度，
座標等の構造設計パラメータを単位量変えたときにその
変更が振動に及ぼす影響度合いを示す振動感度係数を求
め、格納部１０８に結果が格納される。
算部５，音響及び音響感度解析演算部８，設計パラメー
タ同定演算部１１の詳細を図２に示したブロック図をも
とに説明する。１０１は構造物を有限要素に分割する節
点データ及び要素データ生成部、１０２は節点データ及
び要素データを格納する格納部、１０３は１０１で生成
された要素データをもとに剛性マトリクス及び質量マト
リクスなどの要素マトリクス生成部、１０４は材料定
数、境界条件、設計パラメータなどの属性データ生成部
である。振動解析手段１０５により要素マトリクス生成
部１０３と属性データ生成部１０４のデータをもとに周
波数振動応答が計算され、格納部１０６に結果が格納さ
れる。また、振動感度解析手段１０７により、属性デー
タ入力部１０４の板厚，弾性係数，ポアソン比，密度，
座標等の構造設計パラメータを単位量変えたときにその
変更が振動に及ぼす影響度合いを示す振動感度係数を求
め、格納部１０８に結果が格納される。
【００１０】１０９は音響解析に必要な受音点データ，
音響感度解析に必要な設計パラメータ等のデータ生成部
であり、音響解析手段１１０により格納部周波数応答１
０６を外力成分として構造物の振動により発生する放射
音の音圧が計算され、格納部１１１に結果が格納され
る。また、音響感度解析手段１１２では、設計パラメー
タを単位量変えたときにその変更が音圧に及ぼす影響度
合いを示す音圧感度係数を求め、格納部１１３に結果を
格納する。
音響感度解析に必要な設計パラメータ等のデータ生成部
であり、音響解析手段１１０により格納部周波数応答１
０６を外力成分として構造物の振動により発生する放射
音の音圧が計算され、格納部１１１に結果が格納され
る。また、音響感度解析手段１１２では、設計パラメー
タを単位量変えたときにその変更が音圧に及ぼす影響度
合いを示す音圧感度係数を求め、格納部１１３に結果を
格納する。
【００１１】１１４は設計パラメータ同定に必要な音圧
の目標値，変更要素No. または節点No. のデータ生成部
であり、設計パラメータ同定演算部１１５で、格納部１
１１に格納されている音圧と格納部１１３に格納されて
いる音圧感度係数を外力成分として要素または節点の設
計パラメータの変更量を計算する。１１６は音圧予測値
演算部であり設計パラメータ同定演算部で求めた変更量
だけ構造変更した後の音圧を計算し、格納部１１７に格
納する。ついで、表示手段１１８により、格納部１１７
に格納されている構造変更前の音圧と、構造変更後の音
圧予測値及び変更要素または節点とその変更量を表示す
る。
の目標値，変更要素No. または節点No. のデータ生成部
であり、設計パラメータ同定演算部１１５で、格納部１
１１に格納されている音圧と格納部１１３に格納されて
いる音圧感度係数を外力成分として要素または節点の設
計パラメータの変更量を計算する。１１６は音圧予測値
演算部であり設計パラメータ同定演算部で求めた変更量
だけ構造変更した後の音圧を計算し、格納部１１７に格
納する。ついで、表示手段１１８により、格納部１１７
に格納されている構造変更前の音圧と、構造変更後の音
圧予測値及び変更要素または節点とその変更量を表示す
る。
【００１２】次に図２に示す音響感度解析手段１１２の
詳細を図３のフローチャートをもとに説明する。一様な
媒質内の音場領域Ｖに２点Ｐ，Ｑ及びＭ個の無指向性点
音源Ｓｍ(ｍ＝１，…，Ｍ)をとる。音場領域Ｖ内の区分
的に滑らかな境界面をＡとする。点Ｐを中心とする半径
εの微小球面ΩとＳｍを中心とした半径εの球面Ωｍを
とる。点Ｐでの速度ポテンシャルをΦ(Ｐ)とすると、点
Ｐでの音圧δｐ(Ｐ)及び法線方向の粒子速度Ｖｎ(Ｐ)と
の関係は次式で与えられる。
詳細を図３のフローチャートをもとに説明する。一様な
媒質内の音場領域Ｖに２点Ｐ，Ｑ及びＭ個の無指向性点
音源Ｓｍ(ｍ＝１，…，Ｍ)をとる。音場領域Ｖ内の区分
的に滑らかな境界面をＡとする。点Ｐを中心とする半径
εの微小球面ΩとＳｍを中心とした半径εの球面Ωｍを
とる。点Ｐでの速度ポテンシャルをΦ(Ｐ)とすると、点
Ｐでの音圧δｐ(Ｐ)及び法線方向の粒子速度Ｖｎ(Ｐ)と
の関係は次式で与えられる。
【００１３】
【数１】
【００１４】
【数２】
【００１５】ここで、ｉ：虚数単位 ω：角速度(rad／ｓ) ρ：媒質の密度(kg／ｍ3) このとき点Ｐでの速度ポテンシャルΦ(Ｐ)は数３で求め
られる。
られる。
【００１６】
【数３】
【００１７】ここで、右辺の４πΣΨｍ(Ｐ)は直接音成
分、{ｃj}，{ｄj}は数４，数５より、Φ(ｑ)は数６よ
り、∂Φ／∂ｎq は周波数応答解析結果を節点データか
ら要素データヘ変換することで求められる。
分、{ｃj}，{ｄj}は数４，数５より、Φ(ｑ)は数６よ
り、∂Φ／∂ｎq は周波数応答解析結果を節点データか
ら要素データヘ変換することで求められる。
【００１８】
【数４】
【００１９】
【数５】
【００２０】但し、ΔＳi(ｉ＝１，…，Ｎ)は境界面の
要素である。
要素である。
【００２１】
【数６】
【００２２】ここで、数６の右辺の[ａij]，[ｂij]は数
７，数８より求められる。
７，数８より求められる。
【００２３】
【数７】
【００２４】
【数８】
【００２５】また、受音点Ｐの速度ポテンシャルの感度
係数は、２０３に示すように設計パラメータが形状に関
係するかしないかの２種類に分けられる。設計パラメー
タが、板厚，弾性係数，ポアソン比，密度などの場合
は、構造物の形状に無関係であり、各要素に対する感度
係数が得られる。一方、設計パラメータが座標の場合は
形状に関係し、各節点に対する感度係数が得られる。
係数は、２０３に示すように設計パラメータが形状に関
係するかしないかの２種類に分けられる。設計パラメー
タが、板厚，弾性係数，ポアソン比，密度などの場合
は、構造物の形状に無関係であり、各要素に対する感度
係数が得られる。一方、設計パラメータが座標の場合は
形状に関係し、各節点に対する感度係数が得られる。
【００２６】まず、構造物の形状に無関係な要素に対す
る感度係数について説明する。この場合は、数３を構造
設計パラメータＤで偏微分して数９で求められる。
る感度係数について説明する。この場合は、数３を構造
設計パラメータＤで偏微分して数９で求められる。
【００２７】
【数９】
【００２８】但し、Ψｍ(Ｐ)，{ｃj}，{ｄj}は構造設計
パラメータＤの関数ではないので、
パラメータＤの関数ではないので、
【００２９】
【数１０】
【００３０】となる。よって数９は次式で表せる。
【００３１】
【数１１】
【００３２】数１１の右辺の{ｃj｝，{ｄj｝は数４，数
５より、∂2Φ／∂ｎq∂Ｄはデータ変換より得られる。
また、∂Φ(ｑ)／∂Ｄは数６を設計パラメータＤで偏微
分して、数１２で求められる。
５より、∂2Φ／∂ｎq∂Ｄはデータ変換より得られる。
また、∂Φ(ｑ)／∂Ｄは数６を設計パラメータＤで偏微
分して、数１２で求められる。
【００３３】
【数１２】
【００３４】但し、[ａij]，[ｂij]，ΔＳi，∂Ψｍ
(Ｐ)／∂ｎqは構造設計パラメータＤの関数ではないの
で、
(Ｐ)／∂ｎqは構造設計パラメータＤの関数ではないの
で、
【００３５】
【数１３】
【００３６】よって数１２は次式で表せる。
【００３７】
【数１４】
【００３８】次に、構造物の形状に関係する節点に対す
る感度係数について説明する。数３を構造設計パラメー
タＤで偏微分して数９が得られる。ここで、Ψｍ(Ｐ)は
Ｄの関数でないので、
る感度係数について説明する。数３を構造設計パラメー
タＤで偏微分して数９が得られる。ここで、Ψｍ(Ｐ)は
Ｄの関数でないので、
【００３９】
【数１５】
【００４０】となる。よって、数９は次式で表せる。
【００４１】
【数１６】
【００４２】数１６の右辺の{ｃj}，{ｄj}は数４，数５
より、{∂ｃj／∂Ｄ}，{∂ｄj／ ∂Ｄ}は数４，数５を
それぞれＤで偏微分して、∂2Φ(ｑ)／∂ｎq∂Ｄ はデ
ータ変換より得られる。また、∂Φ(ｑ)／∂Ｄは数６を
設計パラメータＤで偏微分して数１２で求められる。た
だし、∂Ψｍ(Ｐ)／∂ｎq は設計パラメータＤの関数で
はないので、
より、{∂ｃj／∂Ｄ}，{∂ｄj／ ∂Ｄ}は数４，数５を
それぞれＤで偏微分して、∂2Φ(ｑ)／∂ｎq∂Ｄ はデ
ータ変換より得られる。また、∂Φ(ｑ)／∂Ｄは数６を
設計パラメータＤで偏微分して数１２で求められる。た
だし、∂Ψｍ(Ｐ)／∂ｎq は設計パラメータＤの関数で
はないので、
【００４３】
【数１７】
【００４４】よって数１２は次式で表せる。
【００４５】
【数１８】
【００４６】ここで、[ａij]，[ｂij]を数１９のように
置き換える。
置き換える。
【００４７】
【数１９】
【００４８】すると、数１８は、次式となる。
【００４９】
【数２０】
【００５０】従って、音響感度解析手段において受音点
Ｐの速度ポテンシャル感度係数を求めるには、格納部１
０８で格納された結果をデータ変換部２０１で節点デー
タから要素データに変換し、計算に必要な係数[ａij]，
[ｂij]，{ｃj}，{ｄj}を202にて計算する。次に２０３
で設計パラメータが形状に関係するかしないかの判定を
し、無関係の場合には２０４で境界面上の速度ポテンシ
ャルの感度係数∂Φ(ｑ)／∂Ｄを求め、２０５で速度ポ
テンシャルの感度係数∂Φ(Ｐ)／∂Ｄを計算すればよ
い。設計パラメータが形状に関係する場合には、２０６
で[∂aij／∂Ｄ]，[∂bij／∂Ｄ]を計算し、２０７で境
界面上の速度ポテンシャルの感度係数∂Φ(ｑ)／∂Ｄを
求める。さらに、２０８で{∂ｃj／∂Ｄ}，{∂dj／∂
Ｄ} を計算し、２０９で速度ポテンシャルの感度係数∂
Φ(Ｐ)／∂Ｄを計算すればよい。
Ｐの速度ポテンシャル感度係数を求めるには、格納部１
０８で格納された結果をデータ変換部２０１で節点デー
タから要素データに変換し、計算に必要な係数[ａij]，
[ｂij]，{ｃj}，{ｄj}を202にて計算する。次に２０３
で設計パラメータが形状に関係するかしないかの判定を
し、無関係の場合には２０４で境界面上の速度ポテンシ
ャルの感度係数∂Φ(ｑ)／∂Ｄを求め、２０５で速度ポ
テンシャルの感度係数∂Φ(Ｐ)／∂Ｄを計算すればよ
い。設計パラメータが形状に関係する場合には、２０６
で[∂aij／∂Ｄ]，[∂bij／∂Ｄ]を計算し、２０７で境
界面上の速度ポテンシャルの感度係数∂Φ(ｑ)／∂Ｄを
求める。さらに、２０８で{∂ｃj／∂Ｄ}，{∂dj／∂
Ｄ} を計算し、２０９で速度ポテンシャルの感度係数∂
Φ(Ｐ)／∂Ｄを計算すればよい。
【００５１】次に図２に示すパラメータ同定手段１１５
の詳細を図４のフローチャートをもとに説明する。受音
点Ｐiの音圧をδｐ(Ｐi)，設計パラメータＤj について
の感度係数をαijとすると、設計パラメータＤjの値を
Δｔj変更したときの受音点Ｐiの変更後の音圧Ａiは数
２１から予測される。
の詳細を図４のフローチャートをもとに説明する。受音
点Ｐiの音圧をδｐ(Ｐi)，設計パラメータＤj について
の感度係数をαijとすると、設計パラメータＤjの値を
Δｔj変更したときの受音点Ｐiの変更後の音圧Ａiは数
２１から予測される。
【００５２】
【数２１】
【００５３】但し、ｉ＝１，…，Ｉ Ｉ：受音点総数 ｊ＝１，…，Ｊ Ｊ：設計パラメータに対応する要素
数または節点数 受音点Ｐiの音圧δｐ(Ｐi）を目標とする音圧Ａiに変更
するときの設計パラメータＤjの変更量Δｔjは、数２１
をΔｔjについて解き数２２より求められる。
数または節点数 受音点Ｐiの音圧δｐ(Ｐi）を目標とする音圧Ａiに変更
するときの設計パラメータＤjの変更量Δｔjは、数２１
をΔｔjについて解き数２２より求められる。
【００５４】
【数２２】
【００５５】但し行列[αij]の逆行列は、行列[αij]の
大きさ(Ｉ，Ｊ)によって以下のようになる。
大きさ(Ｉ，Ｊ)によって以下のようになる。
【００５６】Ｉ＞Ｊのとき
【００５７】
【数２３】
【００５８】Ｉ＝Ｊのとき
【００５９】
【数２４】
【００６０】Ｉ＜Ｊのとき
【００６１】
【数２５】
【００６２】数２２において、右辺の受音点Ｐiの音圧
δｐ(Ｐi)は、図４の格納部１１３より得られ、音圧感
度係数[αij]の逆行列は数２３，数２４，数２５のいず
れかで求められる。目標とする音圧Ａi は１１４の入力
データ生成部から読み込むが、ここでデータとして入力
するのは目標音圧の振幅のみであり、目標音圧Ａi の位
相角は未知数となる。即ち、数２６で|Ａi| は入力デー
タとして与えるが、位相角Θiが未知数として残ること
になる。
δｐ(Ｐi)は、図４の格納部１１３より得られ、音圧感
度係数[αij]の逆行列は数２３，数２４，数２５のいず
れかで求められる。目標とする音圧Ａi は１１４の入力
データ生成部から読み込むが、ここでデータとして入力
するのは目標音圧の振幅のみであり、目標音圧Ａi の位
相角は未知数となる。即ち、数２６で|Ａi| は入力デー
タとして与えるが、位相角Θiが未知数として残ること
になる。
【００６３】
【数２６】
【００６４】位相角Θiは、変更量Δｔjが実数であると
いう条件を使い、数２２の右辺の虚部が０になるとして
求める。数２２の右辺の虚部を０とすると、次式が成り
立つ。
いう条件を使い、数２２の右辺の虚部が０になるとして
求める。数２２の右辺の虚部を０とすると、次式が成り
立つ。
【００６５】
【数２７】
【００６６】ここで、未知数である位相角Θi を数２８
と仮定すると、数２９が成り立ち、数３０となる。
と仮定すると、数２９が成り立ち、数３０となる。
【００６７】
【数２８】
【００６８】
【数２９】
【００６９】
【数３０】
【００７０】数３０をΘi について解き、数２７を満た
すまで収束計算を行えば、未知数である位相角Θi が求
められる。
すまで収束計算を行えば、未知数である位相角Θi が求
められる。
【００７１】従って、３０１により感度係数[αij]の逆
行列が求められ、３０２により、目標音圧の位相角が求
められる。３０２の結果から、３０３により目標音圧と
現構造の音圧の差が求められ、３０２，３０３の結果か
ら３０４により変更量Δｔjが求められる。３０５で
は、構造変更後の音圧を予測し、目標音圧との比較を行
う。
行列が求められ、３０２により、目標音圧の位相角が求
められる。３０２の結果から、３０３により目標音圧と
現構造の音圧の差が求められ、３０２，３０３の結果か
ら３０４により変更量Δｔjが求められる。３０５で
は、構造変更後の音圧を予測し、目標音圧との比較を行
う。
【００７２】次に、本システムにより解析した一例を説
明する。図５はこの例題の解析モデルを示しており、図
中、４０１は受音面、４０２は格子点となる受音点ｊ
（ｊ＝１,…,６３）、４０３は構造物、４０４は要素ｉ
（ｉ＝１,…,４８）を示している。
明する。図５はこの例題の解析モデルを示しており、図
中、４０１は受音面、４０２は格子点となる受音点ｊ
（ｊ＝１,…,６３）、４０３は構造物、４０４は要素ｉ
（ｉ＝１,…,４８）を示している。
【００７３】図６は図５の解析モデルについて、構造物
５０３の中心部５０４を加振したときの受音面５０２の
音圧を、図２の音響解析手段１１０で解析した結果を示
した図である。この図は音圧分布を等高線図で示してお
り、音圧は１０段階に分けて示され、“１０”のときに
最大、その数が小さくなるほど音圧も小さくなり、
“１”のときに最小となることを意味する。この例題で
は、受音面中央部の受音点５０１ｉ(受音点No.３１），
５０１ｊ(受音点No.３２），５０１ｋ(受音点No,３３）
で最大の“１０”を示している。この図から、どの受音
点の音圧を下げれば構造物の低騒音化が図れるかという
方針をたてることができる。
５０３の中心部５０４を加振したときの受音面５０２の
音圧を、図２の音響解析手段１１０で解析した結果を示
した図である。この図は音圧分布を等高線図で示してお
り、音圧は１０段階に分けて示され、“１０”のときに
最大、その数が小さくなるほど音圧も小さくなり、
“１”のときに最小となることを意味する。この例題で
は、受音面中央部の受音点５０１ｉ(受音点No.３１），
５０１ｊ(受音点No.３２），５０１ｋ(受音点No,３３）
で最大の“１０”を示している。この図から、どの受音
点の音圧を下げれば構造物の低騒音化が図れるかという
方針をたてることができる。
【００７４】そこで、図６の受音点５０１ｉ(受音点No.
３１），５０１ｊ(受音点No.３２),５０１ｋ(受音点No.
３３）の音圧を下げることにする。図２の音響感度解析
手段１１２により、各要素が受音点に及ぼす影響度合い
を求める。図７は、構造物６０３の板厚を微小量変更し
たときに、要素６０４ｉ(ｉ＝１,…,４８)が受音面６０
１上の中央の受音点６０２に及ぼす影響度合いの分布図
を等高線図で示した図である。影響度合いは増加側，減
少側ともに５段階に分けて示され、“５”のとき影響が
最大であり、その数が小さくなるにつれて影響も小さく
なる。“０”のときは影響がないことを意味する。一
方、“−”の符号がついているときはマイナスに影響す
ることを意味し、“−５”のときマイナスの影響が最大
であり、“−４”，“−３”，“−２”，“−１”にな
るにつれて影響は小さくなる。この図により、設計パラ
メータを変更する要素を決めることができる。ここで
は、影響が“５”と“−２”を示している要素６０５ｉ
の板厚を変更することにする。
３１），５０１ｊ(受音点No.３２),５０１ｋ(受音点No.
３３）の音圧を下げることにする。図２の音響感度解析
手段１１２により、各要素が受音点に及ぼす影響度合い
を求める。図７は、構造物６０３の板厚を微小量変更し
たときに、要素６０４ｉ(ｉ＝１,…,４８)が受音面６０
１上の中央の受音点６０２に及ぼす影響度合いの分布図
を等高線図で示した図である。影響度合いは増加側，減
少側ともに５段階に分けて示され、“５”のとき影響が
最大であり、その数が小さくなるにつれて影響も小さく
なる。“０”のときは影響がないことを意味する。一
方、“−”の符号がついているときはマイナスに影響す
ることを意味し、“−５”のときマイナスの影響が最大
であり、“−４”，“−３”，“−２”，“−１”にな
るにつれて影響は小さくなる。この図により、設計パラ
メータを変更する要素を決めることができる。ここで
は、影響が“５”と“−２”を示している要素６０５ｉ
の板厚を変更することにする。
【００７５】次に、図２の設計パラメータ同定部１１５
により、目標音圧を満たす要素の変更量を求める。この
例題は、図６に示した音圧分布において、音圧の大きい
受音点No.３１(６４.５ｄＢ)、No.３２(６４.８ｄＢ)，
No.３３(６４.５ｄＢ)の音圧を６１.０ｄＢ，６１.３ｄ
Ｂ，６１.０ｄＢ にするには、図７に示した影響度合い
の大きい要素No.２，４，５，７，４２，４４，４５，
４７ の板厚をどれだけ変更すればよいかというもので
ある。表１に入力データを示す。
により、目標音圧を満たす要素の変更量を求める。この
例題は、図６に示した音圧分布において、音圧の大きい
受音点No.３１(６４.５ｄＢ)、No.３２(６４.８ｄＢ)，
No.３３(６４.５ｄＢ)の音圧を６１.０ｄＢ，６１.３ｄ
Ｂ，６１.０ｄＢ にするには、図７に示した影響度合い
の大きい要素No.２，４，５，７，４２，４４，４５，
４７ の板厚をどれだけ変更すればよいかというもので
ある。表１に入力データを示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】図８は、設計パラメータ同定により得られ
た結果であり、構造物７０２の指定要素の変更量および
受音面７０１の構造変更後の予測音圧分布を示してい
る。指定要素の変更量は、増加側の要素を“＋”、減少
側の要素を“−”で示す。予測音圧分布は等高線図で示
し、音圧は１０段階に分けて示す。“１０”のときに最
大、その数が小さくなるほど音圧も小さくなり、“１”
のときに最小となることを意味する。この例題では、指
定要素７０３ｉの変更量が増加し、指定要素703jの変更
量が減少すれば、目標音圧を満たすことを示している。
表２に出力結果の具体的な数値を示す。
た結果であり、構造物７０２の指定要素の変更量および
受音面７０１の構造変更後の予測音圧分布を示してい
る。指定要素の変更量は、増加側の要素を“＋”、減少
側の要素を“−”で示す。予測音圧分布は等高線図で示
し、音圧は１０段階に分けて示す。“１０”のときに最
大、その数が小さくなるほど音圧も小さくなり、“１”
のときに最小となることを意味する。この例題では、指
定要素７０３ｉの変更量が増加し、指定要素703jの変更
量が減少すれば、目標音圧を満たすことを示している。
表２に出力結果の具体的な数値を示す。
【００７８】
【表２】
【００７９】また、構造変更後の受音面の予測音圧は、
最大値を示す中央部でも“５”を示しており、その他の
受音点では“４”以下となっている。この図から、構造
変更後では受音面の音圧が全体的に減少し、この構造変
更が構造物の低騒音化に効果的であることが予測でき
る。
最大値を示す中央部でも“５”を示しており、その他の
受音点では“４”以下となっている。この図から、構造
変更後では受音面の音圧が全体的に減少し、この構造変
更が構造物の低騒音化に効果的であることが予測でき
る。
【００８０】図９は設計パラメータの変更部分となる構
造物の要素とその変更量及び設計パラメータの種類を示
した図である。縦軸は設計パラメータの変更量、横軸は
要素No. を示す。この例では、設計パラメータは実線で
表された板厚の一種類のみとなっているが、複数の設計
パラメータを表す場合には破線や点線等で表すことがで
きる。
造物の要素とその変更量及び設計パラメータの種類を示
した図である。縦軸は設計パラメータの変更量、横軸は
要素No. を示す。この例では、設計パラメータは実線で
表された板厚の一種類のみとなっているが、複数の設計
パラメータを表す場合には破線や点線等で表すことがで
きる。
【００８１】尚、図６，図７，図８は等高線表示とした
が、色分けによる区分もある。色分け区分にすれば、観
察はいっそうしやすくなる。
が、色分けによる区分もある。色分け区分にすれば、観
察はいっそうしやすくなる。
【００８２】
【発明の効果】本発明によれば、目標音圧にする構造物
の設計パラメータの変更量を推定することができ、また
変更後の各受音点の音圧を予測することができる。さら
に設計者はどの部分をどの程度変えれば、どの程度の効
果が得られるかの判断を表示画面を見ながら容易に行え
るので、構造物の低騒音化のための設計を実現すること
ができる。
の設計パラメータの変更量を推定することができ、また
変更後の各受音点の音圧を予測することができる。さら
に設計者はどの部分をどの程度変えれば、どの程度の効
果が得られるかの判断を表示画面を見ながら容易に行え
るので、構造物の低騒音化のための設計を実現すること
ができる。
【図１】構造設計システムのシステムブロック図。
【図２】実施例による解析部分を示したブロック図。
【図３】音響感度解析の手順を示したフローチャートで
ある。
ある。
【図４】構造設計パラメータ同定の手順を示したフロー
チャートである。
チャートである。
【図５】解析モデルを示す説明図。
【図６】構造物の中心部を加振したときの受音面の音圧
を示す説明図。
を示す説明図。
【図７】設計パラメータの変更が音圧に及ぼす影響度合
いを示す説明図。
いを示す説明図。
【図８】構造物の変更量及び構造変更後の予測音圧を示
す説明図。
す説明図。
【図９】設計パラメータの変更要素とその変更量及び設
計パラメータの種類を示した説明図。
計パラメータの種類を示した説明図。
１１…キーボード、２…ディスプレイ、３…プリプロセ
ッサ、４，７，１０…ファイル、５…振動及び振動感度
解析、６，９…結果出力、８…音響及び音響感度解析、
１１…設計パラメータ同定。
ッサ、４，７，１０…ファイル、５…振動及び振動感度
解析、６，９…結果出力、８…音響及び音響感度解析、
１１…設計パラメータ同定。
Claims (2)
- 【請求項１】構造物の振動とその振動により発生する放
射音の特性から構造物発生音の低騒音構造設計を行うシ
ステムにおいて、有限要素法を用いて、構造物の固有振
動数，固有モード，周波数応答等の振動特性を求める振
動解析手段と、構造物の設計パラメータを変更したとき
の構造物の振動特性への影響度合いを示す感度係数を求
める振動感度解析手段と、前記振動解析手段から得た周
波数応答解析結果を外力として、構造物の振動によって
発生する放射音の音圧を求める音響解析手段と、構造物
の板厚や座標等の設計パラメータの変更が各受音点の音
圧におよぼす影響の度合いを示す音圧感度係数を求める
音響感度解析手段と、前記音響及び音響感度解析手段で
得られた音圧及び音圧感度係数から、任意の受音点の音
圧が目標とする音圧になるような構造物の設計パラメー
タの変更量を求める設計パラメータ同定演算手段と、設
計パラメータ変更後の各受音点の音圧を予測する音圧予
測手段と、設計パラメータ同定演算手段で求めた設計パ
ラメータの変更部分とその変更量及び設計パラメータの
種類を表示する手段とを備えたことを特徴とする構造設
計システム。 - 【請求項２】請求項１において、前記手段により得られ
る構造物の振動により発生する音圧及び音圧感度係数を
入力データとして、変更する要素または節点及び目標音
圧の振幅を出力データとして記憶し、この記憶した入出
力データを基に目標音圧の位相角を推定し、この位相角
及び入出力データから設計パラメータの変更量を同定す
る設計パラメータ同定演算手段と、設計パラメータ同定
演算手段で求めた設計パラメータの変更部分となる構造
物の要素または節点とその変更量及び設計パラメータの
種類を表示する手段をもつ構造設計システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5035171A JPH06249761A (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 構造設計システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5035171A JPH06249761A (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 構造設計システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06249761A true JPH06249761A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=12434416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5035171A Pending JPH06249761A (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 構造設計システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06249761A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019114114A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 車両のパネル部材の振動解析装置 |
| JP2019169117A (ja) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | 本田技研工業株式会社 | 構造設計支援システム |
-
1993
- 1993-02-24 JP JP5035171A patent/JPH06249761A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019114114A (ja) * | 2017-12-25 | 2019-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 車両のパネル部材の振動解析装置 |
| JP2019169117A (ja) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | 本田技研工業株式会社 | 構造設計支援システム |
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