JPH0883303A - Method for optimizing oscillation response - Google Patents

Method for optimizing oscillation response

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Publication number
JPH0883303A
JPH0883303A JP6242183A JP24218394A JPH0883303A JP H0883303 A JPH0883303 A JP H0883303A JP 6242183 A JP6242183 A JP 6242183A JP 24218394 A JP24218394 A JP 24218394A JP H0883303 A JPH0883303 A JP H0883303A
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JP
Japan
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analysis
response
vibration
rigidity
design variable
Prior art date
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Withdrawn
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JP6242183A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Saito
正毅 斎藤
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To quickly find out a shape having an optimum oscillation response by providing this method with a static analysis process for preparing a rigidity analyzing model from a result obtained by a dynamic analysis process and finding out a design variable in a specific oscillation mode. CONSTITUTION: Calculation for finding out a load vector on each mass point at the time of applying prescribed load to an analytical object from a prescribed direction from an m-th mode shape found out by an inherent value analyzing part 1A and a rigid matrix is executed by a rigidity analyzing part 1B. Then rigidity is analyzed by using the load vector obtained by the analyzing part 1B to find out a deformation vector on each mass point. The sensitivity analysis of the found deformation vector is executed by a sensitivity analyzing part 1C. In the sensitivity analysis, a design variable optimum to a specified condition is found out. Then the convergence of optimization is checked by the analyzing part 1C, and at the time of convergence, an inherent value is analyzed by a response analyzing part 1D by using the design variable and a response displacement vector corresponding to oscillation is found out and outputted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、振動応答最適化方法に
係り、とくに構造体の振動モード解析に好適な振動応答
最適化方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration response optimization method, and more particularly to a vibration response optimization method suitable for vibration mode analysis of a structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7に従来例を示す。この図7の従来例
は各種設計データを入力する入力手段20と、入力手段
20からの設計データや各種計算結果を一時的に格納す
る記憶手段30と、記憶手段30に格納されている設計
データに基づいて振動解析を行う振動解析手段10と、
振動解析手段10での解析結果を出力する出力手段40
とを備えている。
2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a conventional example. In the conventional example of FIG. 7, input means 20 for inputting various design data, storage means 30 for temporarily storing design data and various calculation results from the input means 20, and design data stored in the storage means 30. Vibration analysis means 10 for performing vibration analysis based on
Output means 40 for outputting the analysis result of the vibration analysis means 10
It has and.

【0003】ここで、振動解析手段10は、記憶手段3
0に格納されている設計データに基づいてFEMモデル
を作成し固有値解析によりモードシェイプマトリックス
を求める固有値解析部10Aと、固有値解析部10Aで
求めたモードシェイプから応答変位ベクトルを求める応
答解析部10Bと、応答解析部10Bで求めた応答変位
ベクトルの設計変数に対する感度を求め指定された条件
に最適な設計変数を求める感度解析部10Cとを具備し
ている。
Here, the vibration analysis means 10 is the storage means 3
An eigenvalue analysis unit 10A that creates a FEM model based on the design data stored in 0 and obtains a mode shape matrix by eigenvalue analysis; and a response analysis unit 10B that obtains a response displacement vector from the mode shape obtained by the eigenvalue analysis unit 10A. And a sensitivity analysis unit 10C that obtains the sensitivity of the response displacement vector obtained by the response analysis unit 10B to the design variable and obtains the optimum design variable for the specified condition.

【0004】上記従来例の動作について図8ないし図9
のフローチャートを用いて説明する。ここでは、すでに
各種設計データは入力手段20を介して記憶手段30に
格納されているものとする。
The operation of the above-mentioned conventional example is shown in FIGS.
This will be described with reference to the flowchart of. Here, it is assumed that various design data have already been stored in the storage unit 30 via the input unit 20.

【0005】(I).(σ[K]/σb)の値が解析的
に求められる場合(第1の動作):
(I). When the value of (σ [K] / σb) is analytically obtained (first operation):

【0006】.まず、解析対象をメッシュ分割し、F
EMモデルを作成する(図8のステップ301)。
[0006] First, the analysis target is divided into meshes, and F
An EM model is created (step 301 in FIG. 8).

【0007】すなわち、質量の分布を表す質量マトリッ
クス[M]と剛性の分布を表す剛性マトリックス[K]
を決定する。次式(1)は質量マトリックス[M]を示
し、式(2)は剛性マトリックス[K]を示している。
That is, a mass matrix [M] representing the distribution of mass and a rigidity matrix [K] representing the distribution of rigidity.
To decide. The following equation (1) shows the mass matrix [M], and equation (2) shows the rigidity matrix [K].

【0008】[0008]

【数1】 [Equation 1]

【0009】[0009]

【数2】 [Equation 2]

【0010】.次に、固有値解析部10Aは、このF
EMモデルに対して式(3)で示される運動方程式を解
く。
[0010]. Next, the eigenvalue analysis unit 10A
The equation of motion shown in Expression (3) is solved for the EM model.

【0011】[0011]

【数3】 (Equation 3)

【0012】式(4)は、各質点での加速度を示してい
る。また、{x}は各質点の変位であり、式(5)で示
される。
Expression (4) shows the acceleration at each mass point. Also, {x} is the displacement of each mass point, which is expressed by the equation (5).

【0013】[0013]

【数4】 [Equation 4]

【0014】[0014]

【数5】 (Equation 5)

【0015】具体的には、式(1)をラプラス変換し、
固有方程式を解いて固有値マトリックス[λ]を求め
る。
Specifically, the equation (1) is Laplace transformed,
Solve the eigen equation to obtain the eigenvalue matrix [λ].

【0016】そして、固有値マトリックス[λ]からモ
ードシェイプマトリックス[Φ]を求める(図8のステ
ップ302)。
Then, the mode shape matrix [Φ] is obtained from the eigenvalue matrix [λ] (step 302 in FIG. 8).

【0017】.応答解析部10Bは、固有値解析部1
0Aにて求めたモードシェイプマトリックス[Φ]に基
づいて式(6)を用いて応答計算を行い、応答変位ベク
トル{x}を求める(図8のステップ303)。
[0017] The response analysis unit 10B includes the eigenvalue analysis unit 1
Based on the mode shape matrix [Φ] obtained in 0A, the response calculation is performed using the equation (6) to obtain the response displacement vector {x} (step 303 in FIG. 8).

【0018】[0018]

【数6】 (Equation 6)

【0019】ここで、{f}は荷重ベクトル、kmはm
番目のモード剛性、ωmはm番目の固有振動数、jは虚
数単位、ζmはm番目の減衰比、ωは振動数である。
Here, {f} is a load vector and km is m.
Th is the modal rigidity, ωm is the mth natural frequency, j is an imaginary unit, ζm is the mth damping ratio, and ω is the frequency.

【0020】また、ωmとkmは式(7)、式(8)から
求められる。
Further, ωm and km are obtained from the equations (7) and (8).

【0021】[0021]

【数7】 (Equation 7)

【0022】[0022]

【数8】 [Equation 8]

【0023】但し、mmはモード質量であり、通常1と
して正規化を行う。
However, mm is a mode mass, and is normally normalized to 1.

【0024】この式(6)における分子の部分はモーダ
ルフレキシビリティと言われる。
The part of the molecule in this equation (6) is called modal flexibility.

【0025】.感度解析部10Cは、応答解析部10
Bにて求めた応答変位ベクトル{x}に基づいて固有振
動数およびモーダルフレキシビリティの設計変数に対す
る感度解析を行う(図8のステップ304)。
[0025]. The sensitivity analysis unit 10C includes the response analysis unit 10
Based on the response displacement vector {x} obtained in B, sensitivity analysis for the design variables of natural frequency and modal flexibility is performed (step 304 in FIG. 8).

【0026】−1.固有振動数の設計変数bに対する
感度(σωm/σb)は式(9)で求められる。
-1. The sensitivity (σωm / σb) of the natural frequency to the design variable b is obtained by the equation (9).

【0027】[0027]

【数9】 [Equation 9]

【0028】ここで、{Φm}はm番目のモードシェイ
プである。
Here, {Φm} is the m-th mode shape.

【0029】−2.モーダルフレキシビリティFの設
計変数bに対する感度(σFm/σb)は式(10)で
求められる。
-2. The sensitivity (σFm / σb) of the modal flexibility F with respect to the design variable b is obtained by the equation (10).

【0030】[0030]

【数10】 [Equation 10]

【0031】.さらに感度解析部10Cは、最適化の
計算を行う(図8のステップ305)。
.. Further, the sensitivity analysis unit 10C performs optimization calculation (step 305 in FIG. 8).

【0032】.最適化の計算が収束したかどうかをチ
ェックし(図8のステップ306)、収束していれば、
出力手段40から結果を出力して終了する。
.. It is checked whether or not the optimization calculation has converged (step 306 in FIG. 8).
The result is output from the output means 40 and the process ends.

【0033】一方、最適化の計算が収束していなけれ
ば、モデルを更新(図8のステップ307)して上記
の処理(図8のステップ301)に戻る。
On the other hand, if the optimization calculation has not converged, the model is updated (step 307 in FIG. 8) and the process returns to the above process (step 301 in FIG. 8).

【0034】(II)(σ[K]/σb)の値が解析的
に求められない場合:
(II) When the value of (σ [K] / σb) cannot be analytically obtained:

【0035】.まず、解析対象をメッシュ分割し、F
EMモデルを作成する(図9のステップ401)。
.. First, the analysis target is divided into meshes, and F
An EM model is created (step 401 in FIG. 9).

【0036】すなわち、質量の分布を表す質量マトリッ
クス[M]と剛性の分布を表す剛性マトリックス[K]
を決定する。
That is, a mass matrix [M] representing the distribution of mass and a rigidity matrix [K] representing the distribution of rigidity.
To decide.

【0037】.次に、固有値解析部10Aは、このモ
デルに対して式(3)で示される運動方程式に基づいて
固有値解析を行い、固有値マトリックス[λ]とモード
シェイプマトリックス[Φ]を求める(図9のステップ
402)。
.. Next, the eigenvalue analysis unit 10A performs eigenvalue analysis on this model based on the equation of motion represented by Expression (3) to obtain an eigenvalue matrix [λ] and a mode shape matrix [Φ] (step in FIG. 9). 402).

【0038】.応答解析部10Bは、固有値解析部1
0Aにて求めたモードシェイプマトリックス[Φ]に基
づいて式(6)を用いて応答計算を行い、応答変位ベク
トル{x}を求める(図9のステップ403)。
.. The response analysis unit 10B includes the eigenvalue analysis unit 1
Based on the mode shape matrix [Φ] obtained in 0A, the response calculation is performed using the equation (6) to obtain the response displacement vector {x} (step 403 in FIG. 9).

【0039】.応答解析部10Bは、全ての設計変数
について微小変更を加え計算が終了したか否かをチェッ
クする(図9のステップ404)。
.. The response analysis unit 10B checks whether all the design variables have been finely modified and the calculation has been completed (step 404 in FIG. 9).

【0040】未計算の設計変数が残っている場合には、
設計変数を変更(図9のステップ405)して上記の
処理に戻る。
When uncalculated design variables remain,
The design variable is changed (step 405 in FIG. 9) and the process returns to the above.

【0041】一方、全ての設計変数について計算が終了
した場合には、次の感度解析処理に移行する。
On the other hand, when the calculation is completed for all the design variables, the next sensitivity analysis process is performed.

【0042】.感度解析部10Cは、差分計算の結果
に基づいて固有振動数およびモーダルフレキシビリティ
の設計変数に対する感度解析を行う(図9のステップ4
06)。
.. The sensitivity analysis unit 10C performs sensitivity analysis on the design variables of natural frequency and modal flexibility based on the result of the difference calculation (step 4 in FIG. 9).
06).

【0043】−1.固有振動数の設計変数bに対する
感度(Δωm/Δb)は式(11)で求められる。
-1. The sensitivity (Δωm / Δb) of the natural frequency to the design variable b is obtained by the equation (11).

【0044】[0044]

【数11】 [Equation 11]

【0045】ここで、{Φm}はm番目のモードシェイ
プである。
Here, {Φm} is the m-th mode shape.

【0046】−2.モーダルフレキシビリティFの設
計変数bに対する感度(ΔFm/σΔ)は式(12)で
求められる。
-2. The sensitivity (ΔFm / σΔ) of the modal flexibility F with respect to the design variable b is obtained by the equation (12).

【0047】[0047]

【数12】 [Equation 12]

【0048】.最適化の計算を行う(図9のステップ
407)。
.. The optimization calculation is performed (step 407 in FIG. 9).

【0049】.感度解析部10Cは、最適化の計算が
収束したかどうかをチェックし(図9のステップ40
8)、収束していれば、出力手段40は結果を出力して
終了する。
.. The sensitivity analysis unit 10C checks whether the optimization calculation has converged (step 40 in FIG. 9).
8) If it has converged, the output means 40 outputs the result and ends.

【0050】一方、最適化の計算が収束していなけれ
ば、モデルを更新(図9のステップ409)して上記
の処理(図9のステップ401)に戻る。
On the other hand, if the optimization calculation has not converged, the model is updated (step 409 in FIG. 9) and the process returns to the above process (step 401 in FIG. 9).

【0051】[0051]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、多大な処理時間を必要とする固有値解
析処理や感度解析処理の繰り返しが多いために、所定の
振動モードに最適な形状を短時間で求めることができな
いという不都合があった。
However, in the above-mentioned conventional example, since the eigenvalue analysis processing and the sensitivity analysis processing, which require a great deal of processing time, are often repeated, the optimum shape for a predetermined vibration mode can be obtained in a short time. There was an inconvenience that it could not be obtained in.

【0052】[0052]

【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、とくに構造体において、短時間で最適
な振動応答を有する形状を求めることができる振動応答
最適化方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vibration response optimizing method which can improve the disadvantages of the conventional example and can find a shape having an optimum vibration response in a short time especially in a structure. It is in.

【0053】[0053]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、振
動応答量を低減する設計変数bを求める振動応答最適化
方法において、振動解析によって特定の振動モードの固
有値を解析する動的解析工程と、この動的解析工程によ
って得られた結果から剛性解析モデルを作成することに
より特定の振動モードでの設計変数bを求める静的解析
工程とを備えた、という構成を採っている。また、動的
解析工程が、解析しようとする振動モードmでのモード
シェイプベクトルΦmを求める第一の工程を有し、静的
解析工程が、解析対象の剛性マトリックスとモードシェ
イプベクトルΦmとから荷重ベクトルを算出する第二の
工程と、剛性の最大化をもたらす設計変数bを当該荷重
ベクトルから算出することで当該振動モードmでの振動
応答レベルを最適化する設計変数bを算出する第三の工
程とを備えた、という構成を採っている。これによって
前述した目的を達成しようとするものである。
Therefore, according to the present invention, in a vibration response optimization method for obtaining a design variable b for reducing a vibration response amount, a dynamic analysis step of analyzing an eigenvalue of a specific vibration mode by vibration analysis is performed. And a static analysis step of obtaining a design variable b in a specific vibration mode by creating a stiffness analysis model from the results obtained by this dynamic analysis step. Further, the dynamic analysis step has a first step of obtaining the mode shape vector Φm in the vibration mode m to be analyzed, and the static analysis step loads the load from the rigidity matrix of the analysis target and the mode shape vector Φm. The second step of calculating a vector and the third step of calculating a design variable b that optimizes the vibration response level in the vibration mode m by calculating a design variable b that maximizes rigidity from the load vector It has a configuration that includes the process. This aims to achieve the above-mentioned object.

【0054】[0054]

【作用】固有値解析部での固有値解析によるモードシェ
イプの結果から、剛性解析部にて静解析での荷重値を逆
計算し、さらに感度解析部における静解析での最適化の
結果に基づいて応答解析部で動的問題を解決している。
[Operation] The load value in the static analysis is inversely calculated in the stiffness analysis section from the result of the mode shape by the eigenvalue analysis in the eigenvalue analysis section, and the response is based on the result of the optimization in the static analysis in the sensitivity analysis section. The analysis department solves the dynamic problem.

【0055】そのために、多大な処理時間を必要とする
固有値解析部や応答解析部での処理回数が1回で済む。
Therefore, the eigenvalue analysis section and the response analysis section, which require a great deal of processing time, need only be processed once.

【0056】[0056]

【発明の実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし
図6に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0057】図1の実施例は、各種設計データを入力す
る入力手段2と、入力手段2からの設計データや各種計
算結果を一時的に格納する記憶手段3と、記憶手段3に
格納されている設計データに基づいて振動解析を行う振
動解析手段1と、振動解析手段1での解析結果を出力す
る出力手段4とから構成される。
In the embodiment shown in FIG. 1, the input means 2 for inputting various design data, the storage means 3 for temporarily storing the design data and various calculation results from the input means 2, and the storage means 3 are stored. The vibration analysis means 1 performs a vibration analysis based on existing design data, and the output means 4 outputs the analysis result of the vibration analysis means 1.

【0058】振動解析手段1は、記憶手段3に格納され
ている設計データに基づいてFEMモデルを作成し固有
値解析によりモードシェイプマトリックスを求める固有
値解析部1Aと、剛性マトリックスと固有値解析部1A
で求めたモードシェイプとから変形量を求める剛性解析
部1Bと、剛性解析部1Bで求めた変形量の設計変数に
対する感度を求め指定された条件に最適な設計変数を求
める感度解析部1Cと、感度解析部1Cで求めた設計変
数での応答変位ベクトルを求める応答解析部1Dとから
構成される。
The vibration analysis means 1 creates an FEM model based on the design data stored in the storage means 3 and obtains a mode shape matrix by eigenvalue analysis, an eigenvalue analysis section 1A, a stiffness matrix and eigenvalue analysis section 1A.
A stiffness analysis unit 1B that obtains the amount of deformation from the mode shape obtained in step 1, and a sensitivity analysis unit 1C that obtains the sensitivity of the amount of deformation obtained by the stiffness analysis unit 1B to the design variables and finds the optimum design variable for the specified conditions. And a response analysis unit 1D that obtains a response displacement vector with the design variable obtained by the sensitivity analysis unit 1C.

【0059】次に、本実施例の動作について図2ないし
図3のフローチャートを用いて説明する。ここでは、す
でに各種設計データは入力手段2を介して記憶手段3に
格納されているものとする。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. Here, it is assumed that various design data have already been stored in the storage means 3 via the input means 2.

【0060】(I)(σ[K]/σb)の値が解析的に
求められる場合(第1の動作):
(I) When the value of (σ [K] / σb) is analytically obtained (first operation):

【0061】.固有値解析部1Aは、記憶手段3に格
納されている各種設計データに基づいて解析対象のFE
Mモデルを作成する(図2のステップ101)。
.. The eigenvalue analysis unit 1A analyzes the FE based on various design data stored in the storage unit 3.
An M model is created (step 101 in FIG. 2).

【0062】すなわち、図4に示されるように解析対象
を通常のFEM解析の場合と同様にしてメッシュ分割
し、質量の分布を表す質量マトリックス[M]と剛性の
分布を表す剛性マトリックス[K]を決定する。図4は
わかりやすくするために一例として単純な片持ち梁の場
合を示している。
That is, as shown in FIG. 4, the analysis target is divided into meshes in the same manner as in the case of a normal FEM analysis, and a mass matrix [M] representing a mass distribution and a rigidity matrix [K] representing a rigidity distribution. To decide. FIG. 4 shows a simple cantilever beam as an example for the sake of clarity.

【0063】.固有値解析部1Aは、このFEMモデ
ルに対して式(3)で示される運動方程式に基づいて固
有値解析を行い、固有値マトリックス[λ]およびモー
ドシェイプマトリックス[Φ]を求める(図2のステッ
プ102)。
.. The eigenvalue analysis unit 1A performs eigenvalue analysis on this FEM model based on the equation of motion represented by the equation (3) to obtain an eigenvalue matrix [λ] and a mode shape matrix [Φ] (step 102 in FIG. 2). .

【0064】.さらに、固有値解析部1Aは、モード
シェイプマトリックス[Φ]から問題とするモードmの
固有ベクトルを抽出し(図2のステップ103)、m番
目のモードシェイプ{Φm}を求める。
.. Further, the eigenvalue analysis unit 1A extracts the eigenvector of the mode m in question from the mode shape matrix [Φ] (step 103 in FIG. 2) and obtains the mth mode shape {Φm}.

【0065】.剛性解析部1Bは、固有値解析部1A
にて求めたm番目のモードシェイプ{Φm}と剛性マト
リックス[K]とから式(13)を用いて解析対象に所
定の方向から所定の荷重をかけたときの各質点における
荷重ベクトル{f}の計算を行う(図2のステップ10
4)。図5に示される片持ち梁の例では、自由先端の板
厚方向(−Z方向)に荷重がかけられている。
.. The rigidity analysis unit 1B is the eigenvalue analysis unit 1A.
The load vector {f} at each mass point when a predetermined load is applied to the analysis target from the predetermined direction using the equation (13) from the m-th mode shape {Φm} and the stiffness matrix [K] obtained in Is calculated (step 10 in FIG. 2)
4). In the example of the cantilever beam shown in FIG. 5, the load is applied in the plate thickness direction (-Z direction) of the free tip.

【0066】[0066]

【数13】 [Equation 13]

【0067】.さらに剛性解析部1Bは、得られた荷
重ベクトル{f}を用いて、式(14)による剛性解析
を行い(図2のステップ105)、各質点における変形
ベクトル{x}を求める。
.. Further, the stiffness analysis unit 1B uses the obtained load vector {f} to perform the stiffness analysis according to the equation (14) (step 105 in FIG. 2) to obtain the deformation vector {x} at each mass point.

【0068】[0068]

【数14】 [Equation 14]

【0069】.感度解析部1Cは、剛性解析部1Bに
て求められた変形ベクトル{x}の感度解析を行う(図
2のステップ106)。すなわち、式(15)を用いて
変形量xの設計変数bに対する感度(σx/σb)を求
める。
.. The sensitivity analysis unit 1C performs a sensitivity analysis of the deformation vector {x} obtained by the rigidity analysis unit 1B (step 106 in FIG. 2). That is, the sensitivity (σx / σb) of the deformation amount x with respect to the design variable b is calculated using the equation (15).

【0070】[0070]

【数15】 (Equation 15)

【0071】ここで、設計変数bは、構造変更の対象と
なる因子であり、板厚やビーム断面形状・面積等が用い
られる。図5に示される片持ち梁の例では、設計変数b
は板厚に相当する。
Here, the design variable b is a factor that is a target of structural change, and the plate thickness, beam cross-sectional shape, area, etc. are used. In the cantilever example shown in FIG. 5, the design variable b
Corresponds to the plate thickness.

【0072】.そして感度解析部1Cは、指定された
条件に最適な設計変数を求める(図2のステップ10
7)。
.. Then, the sensitivity analysis unit 1C obtains the optimum design variable for the specified condition (step 10 in FIG. 2).
7).

【0073】図5に示される片持ち梁の例では、最適化
の条件として、重量は増加せずに荷重点での変形量を最
小化する板厚を求める。
In the cantilever example shown in FIG. 5, the plate thickness that minimizes the amount of deformation at the load point without increasing the weight is obtained as an optimization condition.

【0074】.さらに感度解析部1Cは、最適化の計
算が収束したかどうかをチェックし(図2のステップ1
08)、収束していなければ、モデルを更新(図2のス
テップ109)して上記の処理(図2のステップ10
5)に戻る。
.. Further, the sensitivity analysis unit 1C checks whether the optimization calculation has converged (step 1 in FIG. 2).
08), if not converged, the model is updated (step 109 in FIG. 2) and the above processing (step 10 in FIG. 2) is performed.
Return to 5).

【0075】一方、最適化の計算が収束していれば、応
答解析部1Dは、そのときの設計変数を用いて固有値解
析を行い(図2のステップ110)、固有値マトリック
ス[λ]およびモードシェイプマトリックス[Φ]を求
める。図6(a)に示されるように片持ち梁の場合に
は、固定端が厚く、自由先端が薄い楔型が最適形状とな
る。
On the other hand, if the optimization calculation has converged, the response analysis unit 1D performs eigenvalue analysis using the design variables at that time (step 110 in FIG. 2), and the eigenvalue matrix [λ] and the mode shape. Find the matrix [Φ]. As shown in FIG. 6A, in the case of a cantilever, a wedge shape having a thick fixed end and a thin free tip is the optimum shape.

【0076】.そして、応答解析部1Dは式(6)を
用いて振動に対する応答解析を行い、応答変位ベクトル
{x}を求める(図2のステップ111)。
.. Then, the response analysis unit 1D performs a response analysis to the vibration using the equation (6), and obtains the response displacement vector {x} (step 111 in FIG. 2).

【0077】出力手段4を介して結果を出力する。The result is output via the output means 4.

【0078】例えば図6(b)に示されるように、上記
方法を用いて最適化した片持ち梁の先端における動的応
答の振動レベルは、最適化前(板厚が均一な場合)の約
65%となっている。
For example, as shown in FIG. 6 (b), the vibration level of the dynamic response at the tip of the cantilever beam optimized by the above method is about before the optimization (when the plate thickness is uniform). It is 65%.

【0079】このように、静的な剛性の最大化を行うこ
とにより、変形状態が同じ振動モードに対しては振動レ
ベルを低減できる。
As described above, by maximizing the static rigidity, the vibration level can be reduced for the vibration modes having the same deformation state.

【0080】(II)(σ[K]/σb)の値が解析的
に求められない場合(第2の動作):
(II) When the value of (σ [K] / σb) cannot be analytically obtained (second operation):

【0081】.固有値解析部1Aは、記憶手段3に格
納されている各種設計データに基づいて解析対象のFE
Mモデルを作成する(図3のステップ201)。
.. The eigenvalue analysis unit 1A analyzes the FE based on various design data stored in the storage unit 3.
An M model is created (step 201 in FIG. 3).

【0082】.次に、固有値解析部1Aはこのモデル
に対して固有値解析を行い、固有値マトリックス[λ]
とモードシェイプマトリックス[Φ]を求める(図3の
ステップ202)。
.. Next, the eigenvalue analysis unit 1A performs eigenvalue analysis on this model, and the eigenvalue matrix [λ]
And the mode shape matrix [Φ] are obtained (step 202 in FIG. 3).

【0083】.固有値解析部1Aは、問題とするモー
ドmの固有ベクトルを抽出する(図3のステップ20
3)。
.. The eigenvalue analysis unit 1A extracts the eigenvector of the mode m in question (step 20 in FIG. 3).
3).

【0084】.剛性解析部1Bは、固有値解析部1A
にて求めたm番目のモードシェイプ{Φm}と剛性マト
リックス[K]とから式(7)を用いて荷重ベクトル
{f}の計算を行う(図3のステップ204)。
.. The rigidity analysis unit 1B is the eigenvalue analysis unit 1A.
The load vector {f} is calculated from the m-th mode shape {Φm} and the stiffness matrix [K] obtained in step 1 using equation (7) (step 204 in FIG. 3).

【0085】.さらに剛性解析部1Bは、FEM剛性
解析を行い(図3のステップ205)、式(8)を用い
て変形ベクトル{x}を求める。
.. Further, the rigidity analysis unit 1B performs FEM rigidity analysis (step 205 in FIG. 3) and obtains the deformation vector {x} using the equation (8).

【0086】.剛性解析部1Bは、全ての設計変数に
ついて微笑変更を加え計算が終了したか否かをチェック
する(図3のステップ206)。
.. The rigidity analysis unit 1B checks whether or not the calculation is completed by changing the smiles of all the design variables (step 206 in FIG. 3).

【0087】未計算の設計変数が残っている場合には、
設計変数を変更して(図3のステップ207)上記の
処理(図3のステップ205)に戻る。
If there are uncalculated design variables,
The design variable is changed (step 207 in FIG. 3) and the process returns to the above process (step 205 in FIG. 3).

【0088】一方、全ての設計変数について計算が終了
した場合には、感度解析部1Cは、差分計算の結果に基
づいて感度解析を行い(図3のステップ208)、式
(16)を用いて変形量の設計変数に対する感度(Δx
/Δb)を求める。
On the other hand, when the calculation is completed for all the design variables, the sensitivity analysis section 1C performs the sensitivity analysis based on the result of the difference calculation (step 208 in FIG. 3) and uses the equation (16). Sensitivity of design variable to deformation amount (Δx
/ Δb) is calculated.

【0089】[0089]

【数16】 [Equation 16]

【0090】.感度解析部1Cは、最適化の計算を行
う(図3のステップ209)。
.. The sensitivity analysis unit 1C performs optimization calculation (step 209 in FIG. 3).

【0091】.感度解析部1Cは、最適化の計算が収
束したかどうかをチェックし(図3のステップ21
0)、収束していなければ、モデルを更新して(図3の
ステップ211)上記の処理(図3のステップ20
5)に戻る。
.. The sensitivity analysis unit 1C checks whether the optimization calculation has converged (step 21 in FIG. 3).
0), if not converged, the model is updated (step 211 in FIG. 3) and the above processing (step 20 in FIG. 3) is performed.
Return to 5).

【0092】一方、最適化の計算が収束していれば、応
答解析部1Dはそのときの設計変数を用いて固有値解析
を行う(図3のステップ212)。
On the other hand, if the optimization calculation has converged, the response analysis unit 1D performs eigenvalue analysis using the design variables at that time (step 212 in FIG. 3).

【0093】.さらに応答解析部1Dは、式(6)を
用いて応答解析を行い、応答変位ベクトル{x}を求め
る(図3のステップ213)。
.. Further, the response analysis unit 1D performs a response analysis using the equation (6) to obtain a response displacement vector {x} (step 213 in FIG. 3).

【0094】出力手段4を介して結果を出力する。The result is output via the output means 4.

【0095】次に、本発明での処理時間を従来例と比較
する。
Next, the processing time of the present invention will be compared with the conventional example.

【0096】FEMモデルの作成時間は従来例と同じな
ので比較対象とはしない。
Since the FEM model creation time is the same as that of the conventional example, it is not a comparison target.

【0097】固有値解析(図2のステップ102および
ステップ110、図8のステップ302)は他の計算に
比べて非常に時間を要する処理であり、一例として、こ
こでは300工数とする。
The eigenvalue analysis (steps 102 and 110 in FIG. 2, step 302 in FIG. 8) is a process that takes much time compared to other calculations, and as an example, 300 man-hours are set here.

【0098】従来例における応答解析処理(図8のステ
ップ303)を1工数、感度解析処理(図8のステップ
304)を150工数、最適化処理(図8のステップ3
05)を1工数、収束判定処理(図8のステップ30
6)を1工数とすると、1回のループの要する工数は4
53となる。全ての処理を繰り返すので、繰り返し回数
をnとすると、トータル工数は(300+1+150+
1+1)×n、すなわち(453×n)となる。
The response analysis process (step 303 in FIG. 8) in the conventional example is one man-hour, the sensitivity analysis process (step 304 in FIG. 8) is 150 man-hours, and the optimization process (step 3 in FIG. 8).
05) as one man-hour, convergence determination process (step 30 in FIG. 8).
If 6) is taken as 1 man-hour, the man-hour required for one loop is 4
53. Since all processes are repeated, assuming that the number of repetitions is n, the total man-hour is (300 + 1 + 150 +
1 + 1) × n, that is, (453 × n).

【0099】一方、本発明による方法では、固有ベクト
ルの抽出処理(図2のステップ103)を1工数、荷重
ベクトルの計算処理(図2のステップ104)を1工
数、剛性解析処理(図2のステップ105)は固有値解
析処理の1/3で100工数、感度解析処理(図2のス
テップ106)を50工数、最適化計算処理(図2のス
テップ107)を1工数、収束判定処理(図2のステッ
プ108)を1工数、応答計算処理(図2のステップ1
11)を1工数とすると、剛性解析処理と収束判定処理
の間を繰り返すので、繰り返し回数をnとすると、トー
タル工数は(300+1+1+(100+50+1+
1)×n+300+1)、すなわち(603+152×
n)となる。
On the other hand, in the method according to the present invention, the eigenvector extraction process (step 103 in FIG. 2) is one man-hour, the load vector calculation process (step 104 in FIG. 2) is one man-hour, and the rigidity analysis process (step in FIG. 2). 105) is 100 times in 1/3 of the eigenvalue analysis processing, 50 steps in sensitivity analysis processing (step 106 in FIG. 2), 1 step in optimization calculation processing (step 107 in FIG. 2), convergence determination processing (in FIG. 2). Step 108) is one man-hour, response calculation process (Step 1 of FIG. 2)
If 11) is set as one man-hour, the rigidity analysis process and the convergence determination process are repeated. Therefore, if the number of repetitions is n, the total man-hour is (300 + 1 + 1 + (100 + 50 + 1 +).
1) × n + 300 + 1), that is, (603 + 152 ×)
n).

【0100】ここで、n=7の場合には、従来例は31
71工数であるのに対し、本発明では1667工数であ
り、約半分の処理時間である。
When n = 7, the conventional example is 31.
In contrast to 71 man-hours, the present invention is 1667 man-hours, which is about half the processing time.

【0101】上記の説明は第1の動作に基づいて算出し
たものであるが、第2の動作についても同様である。
Although the above description was calculated based on the first operation, the same applies to the second operation.

【0102】次に、記憶手段3におけるメモリの使用量
を従来例と比較する。
Next, the amount of memory used in the storage means 3 will be compared with the conventional example.

【0103】最適化の演算結果を得るために、従来例で
は、剛性マトリックス[K]と、質量マトリックス
[M]と、微分剛性マトリックス(σ[K]/σb)
と、微分質量マトリックス(σ[M]/σb)をそれぞ
れ複数個保存しておかなければならなかったが、本発明
では、剛性マトリックス[K]と、微分剛性マトリック
ス(σ[K]/σb)のみをそれぞれ複数個保存するだ
けでよいため、大幅にメモリの使用量を削減できる。
In order to obtain the optimization calculation result, in the conventional example, the stiffness matrix [K], the mass matrix [M], and the differential stiffness matrix (σ [K] / σb)
And a plurality of differential mass matrices ([sigma] [M] / [sigma] b) had to be stored respectively, but in the present invention, the stiffness matrix [K] and the differential stiffness matrix ([sigma] [K] / [sigma] b). Since it is only necessary to store a plurality of files, it is possible to significantly reduce the memory usage.

【0104】このために、本発明を実行するためのハー
ドウエアに対する制限が大きく緩和される。
Because of this, the restrictions on the hardware for carrying out the present invention are greatly relaxed.

【0105】以上のように、本発明では固有値解析のモ
ードシェイプ結果から静解析での荷重値を逆計算し、静
解析での最適化を行った結果より、動的問題を解決す
る。
As described above, in the present invention, the dynamic problem is solved by the inverse calculation of the load value in the static analysis from the mode shape result of the eigenvalue analysis and the optimization result in the static analysis.

【0106】そこで、静解析での最適化処理がすでにで
きている場合には、本発明と整合性をもたせることによ
り簡単に振動応答の最適化処理を行うことができる。
Therefore, if the optimization processing by the static analysis has already been performed, the optimization processing of the vibration response can be easily performed by making it consistent with the present invention.

【0107】[0107]

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、多大な処理時間を必要とする固有
値解析部や応答解析部での処理回数を1回で済ますがで
き、これがため、短時間で振動に対して最適な形状を求
めることができるという従来にない優れた振動応答最適
化方法を提供することができる。
EFFECTS OF THE INVENTION Since the present invention is configured and functions as described above, according to this, the number of times of processing in the eigenvalue analysis section and the response analysis section, which requires a great deal of processing time, can be done once, which is Therefore, it is possible to provide an unprecedented excellent vibration response optimization method that can obtain an optimum shape for vibration in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例の第1の動作を説明するためのフ
ローチャートである。
FIG. 2 is a flow chart for explaining a first operation of the embodiment shown in FIG.

【図3】図1の実施例の第2の動作を説明するためのフ
ローチャートである。
FIG. 3 is a flow chart for explaining a second operation of the embodiment shown in FIG.

【図4】片持ち梁におけるFEMモデルを説明するため
の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an FEM model in a cantilever.

【図5】図4の片持ち梁における剛性解析を説明するた
めの説明図である。
5 is an explanatory diagram for explaining rigidity analysis in the cantilever of FIG.

【図6】図4の片持ち梁における応答解析を説明するた
めの説明図で、図6(a)は図1に示した実施例により
算出された最適形状を示す図で、図6(b)はこの解析
結果の位相情報を示す図である。
6 is an explanatory diagram for explaining a response analysis in the cantilever of FIG. 4, FIG. 6 (a) is a diagram showing an optimum shape calculated by the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. ) Is a figure which shows the phase information of this analysis result.

【図7】従来例を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a conventional example.

【図8】図7の従来例の第1の動作を説明するためのフ
ローチャートである。
FIG. 8 is a flow chart for explaining a first operation of the conventional example of FIG.

【図9】図7の従来例の第2の動作を説明するためのフ
ローチャートである。
9 is a flow chart for explaining a second operation of the conventional example of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動解析手段 1A 固有値解析部 1B 剛性解析部 1C 感度解析部 1D 応答解析部 2 入力手段 3 記憶手段 4 出力手段 1 Vibration Analysis Means 1A Eigenvalue Analysis Section 1B Rigidity Analysis Section 1C Sensitivity Analysis Section 1D Response Analysis Section 2 Input Means 3 Storage Means 4 Output Means

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動応答量を低減する設計変数bを求め
る振動応答最適化方法において、振動解析によって特定
の振動モードの固有値を解析する動的解析工程と、この
動的解析工程によって得られた結果から剛性解析モデル
を作成することにより前記特定の振動モードでの前記設
計変数bを求める静的解析工程とを備えたことを特徴と
する振動応答最適化方法。
1. A vibration response optimization method for obtaining a design variable b for reducing a vibration response amount, wherein a dynamic analysis step of analyzing an eigenvalue of a specific vibration mode by vibration analysis and a dynamic analysis step obtained by this dynamic analysis step. And a static analysis step of obtaining the design variable b in the specific vibration mode by creating a stiffness analysis model from the result.
【請求項2】 前記動的解析工程が、解析しようとする
振動モードmでのモードシェイプベクトルΦmを求める
第一の工程を有し、 前記静的解析工程が、解析対象の剛性マトリックスと前
記モードシェイプベクトルΦmとから荷重ベクトルを算
出する第二の工程と、剛性の最大化をもたらす設計変数
bを当該荷重ベクトルから算出することで当該振動モー
ドmでの振動応答レベルを最適化する設計変数bを算出
する第三の工程とを備えたことを特徴とする請求項1記
載の振動応答最適化方法。
2. The dynamic analysis step includes a first step of obtaining a mode shape vector Φm in a vibration mode m to be analyzed, and the static analysis step includes a stiffness matrix to be analyzed and the mode. The second step of calculating the load vector from the shape vector Φm, and the design variable b that optimizes the vibration response level in the vibration mode m by calculating the design variable b that maximizes the rigidity from the load vector. 3. The vibration response optimization method according to claim 1, further comprising a third step of calculating
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