JPS61270636A - Vibration analysing system - Google Patents

Vibration analysing system

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JPS61270636A
JPS61270636A JP60110429A JP11042985A JPS61270636A JP S61270636 A JPS61270636 A JP S61270636A JP 60110429 A JP60110429 A JP 60110429A JP 11042985 A JP11042985 A JP 11042985A JP S61270636 A JPS61270636 A JP S61270636A
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JP
Japan
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mode
calculation
deformation
external force
vibration
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Susumu Hatake
畠 進
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPH0546891B2 publication Critical patent/JPH0546891B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/02Vibration-testing by means of a shake table
    • G01M7/025Measuring arrangements

Abstract

PURPOSE:To obtain values having high accuracy with not only displacement but stress as well by preparing such generalized coordinates where there are no missing parts for the external force terms and making calculation. CONSTITUTION:A mode expressing the deformation of the entire structure and a mode expressing the deformation of respective partial structures are used. The mode taking the influence of external force into consideration is added in addition to the mode of normal vibration as the mode expressing the deformation of the partial structures. Processings 1-7 are executed with, for example, respective elements and the hyper-element matrix is made and is outputted to a file A. The result is read as the element data by element matrix formation (coordinate transformation) 9, by which the calculation over the entire part is made. The parts of reference mode calculation 5 and eigenvalue calculation 12 are rewritten to the calculation of the generalized coordinates taking the external force terms into consideration. The construction of the program is not disturbed even if such generalized coordinates are incorporated into the conventional program. The values having high accuracy are thus obtd.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の利用分野〕 本発明は各種の機器の振動応答′(i−解析するシステ
ムに関し、特に、部分構造モード合成法を用いて大形の
複雑な構造物の動的応答金高精度で計算する振動解析シ
ステムに関する。 〔発明の背景〕 構造物の振動特性t−it算によって予測しようとする
とき、高層ピルや、大形船舶を、梁要素でモデル化して
振動計算を行なう方法がある。この方法では、モデル化
するときに、構造振動についての縮度の知鍼や経験によ
るノウノ1つが必要となる。 そこで、実際の構造物や機械を、有限要素法による三次
元シェル要素やソリッド要素など金相いて、できるだけ
あるがままの形状VCモデル化して計算機シミュレーシ
ョン全行なう方法が採用されつつある。この方法では、
解くべき方程式が大規模になるので、現在の大型計算機
でも解くのが困難になる場合がある。こnに対しては、
部分構造モード合成法と呼ばれる方法(例えば、昭和5
4年9月、科学技術出版社発行、K、J−Bathe 
、 E−L−Wilson著、菊地文雄訳、有限要素法
の数値計算、P456〜P458に開示)によって計算
機容量の不足は補うことができる。しかし、この方法で
は、固有振動数及び変位の応答は比較的、高精度で求め
ることができるが、強制力にょる振動応力が精度良く求
められない場合があった。 〔発明の目的」 本発明の目的は、大形あるいは複雑な構造物に対し、振
動応力まで精度良く予測する部分構造モード合成法によ
る振動解析シスデム全提供することKある。 〔発明の概要J 本発明の特徴は、部分構造モード合成法において、全体
系の変形’tP現するために用いる拘束モードと規準モ
ードの他に、外力の作用によって生じる変形モードも考
慮することによって、精度を向上させるようにしたもの
である。 〔発明の実施例」 以下、本発明の実施例全図面全参照して説明するO 第1図は本発明による振動解析システムの一例を説明す
る概略フロー図であり、第2図は本発明で用いる一般化
座標を従来法と比較して示した図である。こ往らの詳細
な説明に先立って1本発明で用いられる部分構造モード
合成法及び外力項を考jt、 (−た一般化座4Bつい
て説明する。 大規模系について部分構造モード合成法を用いて振動計
算する手法については、多くの方法が提案さ扛ているが
、本発明はCra ig −B ampton (1)
 方法を基礎にしている。この方法について、以下説明
する。 連続体金弟3図のように有限要素でモデル化すると、そ
の運動方程式は。 LM)(1十[K]in= (fl・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(1)となる。ここで
(Mlは質量マトリックス、[K]は剛性マトリックス
、(lは加速度ベクトル、(ulは変位ベクトル、(f
lは外力ベクトルである。減該項は省略しである。(1
)式に対して、−膜化変位(Q)を導入し、 lJ=[F)(QJ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・曲・曲(2
)の変数変換を行ない、左から[F]Tiがけると、[
r]T[MlI:F)(4j +(F)T[K][F)
(q)−〔γ)”(fl・・・・・・・・・・・・・・
・(8)さらに、 CM’]=CF]“[Ml(F)・・・・・曲・・・・
・凹曲・・・・・f4)[K” ]=(!/’]T[K
][F]・・・曲・・・・・・・・・・曲・・聞(5)
irl = (+/’)T(f)・・・・・・・・・・
・・曲・・・・叩・曲・・・・・・・・・(6)とおけ
ば、(8)式は 〔M″月旧+[K’) (q) −(r)・・・・・・
・・・・・・・・・(7)と誓ける。ここで、(%’)
は(”)と(qIについて一対一に対応する変換金考え
る正方マトリックスである。(′0式を解いてIQI 
’e求め、(2)式の変数変換で元に戻せば、求めるべ
き解(u)が得られる。 (2)式は単なる変数変換であり、しかも一対一に対応
する変換であるということ、及び、左から[%I’]′
rをかけることは元の連立方程式に対して係数をかけて
足し合わせて別の一組の連立方程式全作ることであると
いうこと、のニつ全身えれば(1)式を解く代わりに(
′r)式を解いて(2)式で元に戻しても全く同じ解が
得られる。したがって、問題は、[F)として何を用い
れば計算の精度や効率の点から有利になるかということ
である。 第3図の有限要素モデルの節点を二種類に分ける。一方
は・印で示す点で、こnt境界点と呼ぶ。 他方は・印で示す点で、これを内部点と呼ぶ。モデル全
体は境界点で区切られ、この例では3個の部分に分けら
扛る。〔v〕として第4図に示すような形のものを用い
る。〔ΦG〕は拘束モードで、境界点の各自由度につい
て、その自由度以外の全境界点の自由度を拘束して、そ
の自由度に単位址の強制変位金考えたときの変形モード
であり、境界点の自由度の個数だけ存在する。〔ψN〕
は規準モードで、境界点全すべて拘束した時の固有振動
モードであり内部点の自由度の個数にけ存在する。 [F]は正方マトリックスである。第3図の全体モデル
で、境界点、内部点を■〜■のようにまとめて、それぞ
れに対応した拘束モード、規準モードをまとめて並べれ
ば、第4図に示すように、マトリックスの中に全成分が
零の部分マトリックスができる。 次に、方程式を境界点の方程式と内部点の方程式に分け
、前者にB、後者に■の添字金つけて表わすと、(1)
式の運動方程式は、 (2)式の変数変換は、 となる。右辺のuBはqBと表わすべきものであるかも
しnfxいが、左辺の1+Bと同じ値になるので同じ記
号音用いた。qNは規準モードに対応する一般化変位で
ある。EV)は であるが、上半分が■B、0となることは拘束モードと
規準モードの定義から明らかである。ただし、■”は単
位マトリックスである。 (4)式の〔M″〕は、 CM’l = (FlTI:M] u’3・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・αυ(5)式の〔K″〕は [K′]=[F)T[K] (F) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・03となる。ただし、ここで拘束モード〔
ΦG〕が(K”J[Φo」十(KIB)−[0]・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・Q3を満た
すこと全利用した。拘束モードは01式で、(K’Jと
(KlBJを与えて計算[、でいる。(6)式の一般化
荷重ベクトル(qJは、 (VJ =CF)T(f) 第5図は、以上の結果を用いて(7)式の運動方程式の
マトリックスの形を図示したものである。規準モードは
境界点を固定した時の固有振動モードであるから、固有
モードの直交性より、〔ΦN)TCM”3[、ΦN〕及
び、[ΦN]T[K”)[ΦN〕は対角マトリックスと
なる。さらに〔ΦN3 k CM” )で正規化して〔
Φs3T(M”)CΦN)を単位マトリックスにすれば
〔Φs〕”(KXI][ΦN〕の対角成分は、各規準モ
ードに対応する固有角周波数の自乗となる。その部分を
〔Ω2〕の記号で示す。第5図で、マ) IJソックス
各成分が零にならない部分をハツチングで示した。剛性
マ) IJソックスついては、(ロ)式で求めたように
、内部点の方程式と境界点の方程式の達成の部分は零と
なるが、質量マトリックスについては、09式で求めた
ように、零とはならない。 この式で全部の方程式を考慮すれば、元の(1)式を解
くことと同じであるので、両者の結果は一致するが、そ
れでは計算の効率は向上しない。そこで、Cra ig
−Baml)tOnの方法では規準モードのうち、低次
のものだけを残して、高次の規準モードを省略して自由
度r縮小する。剛性マトリックスについては、第5図で
示したよりに高次の規準モードに対応する方程式は他の
方程式と連成していない。 一方、質量マトリックスについては、高次モードでは質
槍項の影響は小さいと考えられるので、高次モードが拘
束モードと連成する部分を無視しても影響は小さい。し
かし、荷重項については、01式のΦ/(Iのうち高次
の規準モードに関する部分を省略することになるが、こ
の部分が零ではないので、強制振動応答を求めようとす
るとさ、モーダル解析で高次モードを省略したときと同
様の問題点が残る。この点金解決しようとするのが、本
発明の目的である。 次に、外力項を考慮した一般化座標について説明する。 従来のモーダル解析で強制振動に対する応答の計算精度
を向上させるために、最近、第6図に示すような一般化
座標[%”)が提案されている。(F]ハC<1)tJ
、 C’/r3 、[Fb) カラ成ル。 〔ψt〕は低次のp個の1ml有ベクトルを列ベクトル
とするマトリックスである。CvIr)と〔V、〕は、
〔し〕金零とし、剛性項について非達成となるように定
めたトリックスである。[%’r)は荷重ベクトルの個
数LK等しい個数の列ベクトルから成る。 口へ]は%(n−p−t)個の列ベクトルから成る。 ここで、nは系の自由度の個eすなわち方程式数である
。そのように定めると、〔Φt〕はCM)に関して(v
/r ) 、[Fh ]と連成しなくなる。実際のNF
簀では、〔れ」は計算する必要はない。第7図は上記の
ような一般1ヒ座標の計算方法である。 既に述べた部分構造モード合成法を用いて強制振動の計
算をするとき、従来のモーダル解析の場合と同様の問題
点があることを述べた。この点について第2図を用いて
説明を追加する。第2図は第3図のうち#1の部分11
1造に関係する部分だけを示した図である。従来法では
、高次の規準モードに対する一般化荷重yhNが零では
ないのに、高次の規準モードを省略しているので、特に
超装素の内部に荷重か加わったときの応力の計算値が不
正確になる恐扛がある。こ7′15に対し、本発明では
低次の規準モード(ΦNl]に加えて、篩次の規準モー
ドの代わりに〔ψNr ]とCFNh )とから成る一
般化座標を1−0となるように定める。これは、第2図
に示−tような一般化座標であり、芙際のdt算では[
(1”rib)は省略する。この一般比座像?用いるこ
とにより、上目己の従来法の欠点全解消することができ
る。 次に、r、 WN、 Jと[FNh )がどういうもの
であるか會詳しく説明する。 今、考えている超要素の要素荷重ベクトルとして用tr
べき荷重ベクトル金(Fe+ )  (+ = 1 +
 2+・・・・・・、1)とする。この1FeiJに対
して、境界点全固定して靜解析金する。すなわち、 (K” ) l ’I J−(Fei J・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・CJQこれ
ケ解いて得ら扛る(ujl(i−1,2+・・・・・・
、1)全〔ΦN4.]と[K”)について直交させる。 さらにそのt個を互いに[K11)について直交させC
M”]で正規化して得られるベクトル金列ベクトルとす
るマトリックスがC%’N「)である。従って、  (
FN、]は、 CFN、 )” CK” ] CΦNz)−(01・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・QQ(
Fsr)T[KrI] (Fs、) −[ΩNr2]・
・・・・・・・・・・・・・== 071?満足する。 〔ΩN、′]は対角マトリックスである。〔ΦNtIは
境界点金固足した時の固有ベクトルで〔Fs【)は〔Φ
Nt)に対して〔K11]直交させたものであるから。 (’l’Hr 3 ” CM” ) (ΦNz) = 
[01・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・Q→(!l: lx ル+y (’N、) ノL 個
ノ列ヘクトルが、(MII]について必ずしも直交して
いる必要はないば、第7図の方法では、直交化させてし
まっている。 [’J’Nh ) K ツイテId(、[K”)lcつ
いて〔ΦNtII〔v/N、」と直交し、また、それら
相互も(Klllについて直交するベクトル全用意する
ことができる。 すなわち、(FNh)は (FNb  )テ (K’夏 〕 〔ΦNt )  −
[01”””””””””””” ”(Fsh )丁(
K” )C’J’Nr] −[0)・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・に)[WNb )” 
[K” 〕[PNi ) = (ΩN♂)・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・(ハ)ヲ満たす。ここで
〔ΩN、2〕は対角マトリックステある。以上のように
して得られる(FN−については。 (’sb )T(Fe+ J = (0) (i=1 
+ 2 + −−1z>・eaとなる。従って、第2図
(b)の[rh)は
[Field of Application of the Invention] The present invention relates to a system for analyzing the vibration response (i-analysis) of various types of equipment. BACKGROUND OF THE INVENTION When trying to predict the vibration characteristics of a structure by t-it calculation, there is a method of modeling a high-rise pill or a large ship using beam elements and performing vibration calculations. In this method, when modeling, it is necessary to have knowledge of the degree of contraction and experience with regard to structural vibration.Therefore, actual structures and machines are modeled using three-dimensional shell elements and solid elements using the finite element method. A method is being adopted in which the shape of the VC is modeled as accurately as possible and all computer simulations are performed.
Since the equations to be solved are large in scale, they may be difficult to solve even with today's large computers. For this,
A method called substructure mode synthesis method (for example,
Published by Science and Technology Publishing, September 4th, K, J-Bathe
, written by E-L-Wilson, translated by Fumio Kikuchi, Numerical Calculations Using the Finite Element Method, disclosed on pages 456 to 458) can compensate for the lack of computer capacity. However, with this method, although the natural frequency and displacement response can be determined with relatively high precision, there are cases where the vibration stress due to forced force cannot be determined with high precision. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a complete vibration analysis system using a partial structural mode synthesis method that accurately predicts vibration stress for large or complex structures. [Summary of the Invention J The feature of the present invention is that in the substructure mode synthesis method, in addition to the constraint mode and reference mode used to express the deformation of the entire system, the deformation mode caused by the action of external force is also considered. , to improve accuracy. [Embodiments of the Invention] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to all drawings. It is a diagram showing generalized coordinates used in comparison with a conventional method. Prior to these detailed explanations, let us consider the substructure mode synthesis method and external force term used in the present invention, and explain the generalized locus 4B. Many methods have been proposed for calculating vibrations, but the present invention is based on Craig-Bampton (1).
It is based on the method. This method will be explained below. When modeled using finite elements as shown in Figure 3 of the continuum, the equation of motion is. LM) (10[K]in= (fl・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(1) Here, (Ml is the mass matrix, [K] is the stiffness matrix, (l is the acceleration vector, (ul is the displacement vector, (f
l is an external force vector. The relevant term is omitted. (1
), introduce -film displacement (Q) to the equation, lJ=[F)(QJ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Song・Song (2
) and multiplying by [F]Ti from the left, we get [
r]T[MlI:F)(4j +(F)T[K][F)
(q)−[γ)”(fl・・・・・・・・・・・・・・・
・(8) Furthermore, CM']=CF] "[Ml(F)...Song...
・Concave curve... f4) [K” ]=(!/']T[K
][F]...Song...Song...Listening (5)
irl = (+/')T(f)・・・・・・・・・
・・Song・・Beat・Song・・・・・・・・・・If we set (6), the formula (8) becomes [M″ month old + [K’) (q) −(r) ・・・・・・・・
I can swear (7). here,(%')
is a square matrix considering the transformation money that has a one-to-one correspondence with respect to ('') and (qI.
'e is determined, and the solution (u) to be determined can be obtained by converting the variables in equation (2) back to the original state. (2) Formula is just a variable conversion, and moreover, it is a one-to-one conversion, and from the left [%I']'
Multiplying r means multiplying the original simultaneous equations by coefficients and adding them together to create another set of simultaneous equations.Instead of solving equation (1),
Even if you solve equation ('r) and put it back together using equation (2), you will get exactly the same solution. Therefore, the question is what should be used as [F] to be advantageous in terms of calculation accuracy and efficiency. The nodes in the finite element model shown in Figure 3 are divided into two types. One is the point indicated by a mark, and is called the nt boundary point. The other point is the point indicated by a * mark, and is called an internal point. The entire model is delimited by boundary points, and in this example is divided into three parts. As [v], a shape as shown in FIG. 4 is used. [ΦG] is the constraint mode, which is the deformation mode when all degrees of freedom of the boundary point other than that degree of freedom are constrained for each degree of freedom of the boundary point, and the forced displacement of the unit site is considered in that degree of freedom. , there are as many degrees of freedom as the boundary points. [ψN]
is the standard mode, which is the natural vibration mode when all boundary points are constrained, and exists as many as the degrees of freedom of the internal points. [F] is a square matrix. In the overall model shown in Figure 3, if the boundary points and interior points are grouped together as shown in ■ to ■, and the corresponding constraint modes and reference modes are arranged together, then the matrix will be created as shown in Figure 4. A submatrix with all components zero is created. Next, if we divide the equation into an equation for the boundary point and an equation for the interior point, and express it by adding a subscript B to the former and a ■ to the latter, we get (1)
The equation of motion in equation (2) is as follows.The variable conversion in equation (2) is as follows. uB on the right side should be expressed as qB, but since it has the same value as 1+B on the left side, we used the same symbol sound. qN is the generalized displacement corresponding to the reference mode. EV), but it is clear from the definitions of the constraint mode and the reference mode that the upper half is ■B, 0. However, ■'' is a unit matrix. [M''] in equation (4) is CM'l = (FlTI:M] u'3...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・[K″] in αυ (5) formula is [K′]=[F)T[K] (F) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・...
...03. However, here the restraint mode [
ΦG] is (K"J[Φo" ten (KIB) - [0]...
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・. The constraint mode is Equation 01, which is calculated by giving (K'J and (KlBJ).The generalized load vector (qJ of Equation (6) is (VJ = CF)T(f). The above results are used to illustrate the form of the matrix of the equation of motion in equation (7).Since the reference mode is the natural vibration mode when the boundary point is fixed, from the orthogonality of the natural mode, [ΦN )TCM"3[, ΦN] and [ΦN]T[K")[ΦN] are diagonal matrices.Furthermore, normalize with [ΦN3 k CM") and [ΦN]T[K")[ΦN]
If Φs3T(M")CΦN) is made into a unit matrix, the diagonal components of [Φs]"(KXI][ΦN] will be the square of the natural angular frequency corresponding to each standard mode. In Fig. 5, the parts where each component of IJ socks does not become zero are indicated by hatching. Rigidity Ma) Regarding the IJ socks, the achievement part of the internal point equation and the boundary point equation is zero, as found using equation (b), but for the mass matrix, as found using equation 09, it becomes zero. It is not. If all the equations are considered using this formula, it is the same as solving the original formula (1), so the results of both will match, but the efficiency of calculation will not improve. So, Craig
-Baml)tOn's method reduces the degree of freedom r by leaving only the low-order standard modes and omitting the high-order standard modes. Regarding the stiffness matrix, the equations corresponding to higher-order normal modes shown in FIG. 5 are not coupled with other equations. On the other hand, regarding the mass matrix, it is thought that the influence of the quality term is small in higher-order modes, so even if the part where the higher-order modes are coupled with the constraint mode is ignored, the influence is small. However, regarding the load term, the part related to the higher-order normal mode of Φ/(I in equation 01 is omitted, but since this part is not zero, when trying to find the forced vibration response, the modal The same problem as when high-order modes are omitted in the analysis remains.The purpose of the present invention is to solve this problem.Next, generalized coordinates that take external force terms into consideration will be explained.Conventional In order to improve the calculation accuracy of the response to forced vibration in the modal analysis of
, C'/r3, [Fb] color structure. [ψt] is a matrix whose column vectors are p low-order 1ml vectors. CvIr) and [V,] are
It is a trick that is set to zero and that the stiffness term is not achieved. [%'r) consists of a number of column vectors equal to the number of load vectors LK. to the mouth] consists of %(np-t) column vectors. Here, n is the number e of degrees of freedom of the system, that is, the number of equations. Defined as such, [Φt] is (v
/r ) and [Fh ] are no longer coupled. Actual NF
In the screen, there is no need to calculate 〔re''. FIG. 7 shows a method for calculating general 1H coordinates as described above. It has been mentioned that when calculating forced vibration using the substructure mode synthesis method mentioned above, there are problems similar to those of conventional modal analysis. Regarding this point, an explanation will be added using FIG. 2. Figure 2 is part 11 of #1 in Figure 3.
It is a diagram showing only the parts related to one structure. In the conventional method, even though the generalized load yhN for the higher-order reference mode is not zero, the higher-order reference mode is omitted, so the calculated value of stress especially when a load is applied to the inside of the super element is There is a fear that this will be inaccurate. In contrast to this 7'15, in the present invention, in addition to the lower-order normal mode (ΦNl), instead of the sieve-order normal mode, generalized coordinates consisting of [ψNr] and CFNh) are set to 1-0. stipulate. This is a generalized coordinate such as -t shown in Figure 2, and in the dt calculation at Fugiwa, [
(1"rib) is omitted. By using this general ratio image, all the drawbacks of Kamime's conventional method can be overcome. Next, what are r, WN, J and [FNh)? Let me explain in detail.The element loading vector of the superelement we are considering now is tr.
Power load vector gold (Fe+) (+ = 1 +
2+..., 1). For this 1FeiJ, all boundary points are fixed and a static analysis is performed. That is, (K”) l'I J-(Fei J...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ CJQ This is solved and obtained (ujl(i-1,2+・・・・・・
, 1) Total [ΦN4. ] and [K”).Furthermore, the t pieces are made orthogonal to each other with respect to [K11), and C
The matrix of vector gold sequence vector obtained by normalizing with M"] is C%'N").Therefore, (
FN,] is CFN, )"CK"]CΦNz)-(01...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・QQ(
Fsr)T[KrI] (Fs,) −[ΩNr2]・
・・・・・・・・・・・・・・・== 071? be satisfied. [ΩN,′] is a diagonal matrix. [ΦNtI is the eigenvector when the boundary point gold is fixed [Fs[) is [Φ
This is because [K11] is orthogonal to Nt). ('l'Hr 3 "CM") (ΦNz) =
[01・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・Q→(!l: lx le+y ('N,) ノL column hectors do not necessarily have to be orthogonal to (MII), but the method in Figure 7 makes them orthogonal. ['J'Nh ) K Id(, [K") lc is orthogonal to [ΦNtII[v/N,"], and they are also mutually orthogonal to (Kllll). All vectors can be prepared. , (FNh) is (FNb)te (K'summer) [ΦNt) −
[01””””””””””””” (Fsh) ding (
K")C'J'Nr] -[0)...
・・・・・・・・・・・・・・・) [WNb)”
[K”] [PNi) = (ΩN♂)・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(c) Satisfy. Here, [ΩN, 2] is a diagonal matrix. (For FN- obtained as above. ('sb)T(Fe+ J = (0) (i=1
+ 2 + −1z>・ea. Therefore, [rh] in Figure 2(b) is

〔0〕になる。 (MlJについては、 (’i’Nb 3T[MI” ] [ΦNt]−It becomes [0]. (For MlJ, (’i’Nb 3T[MI”] [ΦNt]-

〔0〕
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・@とな
るが、 [FshlT(M11]〔vIsrl−[0]・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(至)である。 以上のようにして、座標変換後の方程式全第2図のよう
な形にする座標変換マトリックス〔ψ0ΦNt ’i’
Nr FNh )が存在する。ただし、実際に計算する
必要があるのは、Φ0.ΦNt+ ’Nfまでで、FN
hについては計算不要である。 以−Fに述べた一般化座標の計算方法は第7図に示す従
来のフローをその−ま゛ま用いること力呵能である。前
半はサブスペース法による固有値解析でp個の固有ベク
トル(規準モード)が求められる。 次に得られたp個のモードと、QQ式の要素荷重ベクト
ルlF’e+)(1=lt21”””1t)k合わせた
(p+t)個を列ベクトルとするマトリック〔Ya〕を
用意する。そして、 [K”](Xa] = (Ya)曲・1曲・・・・・・
・・・・・・・・・・・噂を解き、[Xa]を得るっこ
の〔又1金用いて[MI’〕、 [KII)全部分空間
に縮小する。部分空間での剛性マ) l)ックス〔丸J
は (Ka) = [xa]TCKll ) [Xa) ”
””曲−−−曲・−・@であるが%(至)式を考慮して [K、 ) −〔X、 )T [Ya)・・曲・・曲・
・1曲・・・曲・・・・・・・・曲@によって計算でき
る。部分空間での質tマ) IJソックスMa)は [Ma ) = (Xa )T[M” ) (Xa ]
・・1曲曲・・・・・・・・曲・・に)c’Ra]、〔
M、〕について、部部分量での固有値問題 [Ka) [Qa ] = [Ma) [Qa] (O
J ] ・=曲=曲曲(4を解いて[Qa]を求める。 最終的に[ΦNt %F、、 ]が 〔ΦNI FNr ) = (XB ) CQB ] 
叩・曲・・卵重・曲・・・・・(至)として計算される
。さらに、元の空間での要素荷重ベクトル〔Fe3から
、拘束モード、JltJモー)’で変換(−だ空間での
要素荷重ベクトル(Ge)が、[Ge)=(ΦNt v
/NJ T(Fe)・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・c31)で得ら扛、こ扛はU◆式の右辺の上
半分に相当するものである。上半分は別に計算して、両
方全台わせ−C5通常の有限要素の等側部点荷重にあた
るものとなる。さらにスツルム列法により低次の規準モ
ードで欠落したものがないかどうか全チェックする。固
有ベクトルとしてのエラーノルムの計算も、同様にして
行なう。 次に、本発明の部分構造モード合成法による振動解析シ
ステムの一例全第1図に示す概略フロー図により説明す
る。各超要素について1〜7の各処理全行ない、超要素
マトリックス全作成し、ファイルAに出力する。その結
果を要素データとして要素マトリックス作成(座標変換
)9で読み込み、全体系のHF算金行なう。規準モード
1算5と固有値計算12の部分が、本発明では第7図の
外力項を考慮した一般化座標の計洒に置き換えられる。 本発明の一般化座標を、従来のプログラムに導入しても
、そのプログラムの構造は何ら、乱されることはないと
いう特長もある。 本発明の効果を門形フレームについて示す。第8図はモ
デルの諸元である。この門形フレーノ、は、縦弾性係数
if 2 X 101’N/ffII+密度ρが5oo
。 却/−9断l@積Aが10−’n? 、断面二次モーメ
ント■が10−8m4であり、長さ5mのフレーム全1
つの超要素に1〜、全体は3個の超要素で構成される。 そして、x、 y、 z方向に変形する31節点、87
自由度をもつものである。ここでは、y−z曲内の変形
のみ考えた。このモデルについて第1表に示すようにA
、B、C,D、Eの5櫨類の計算条件で計算した。荷重
ベクトルは、y及び2方向への地動加速度人力用のベク
トル、0点への集中荷重の3個のベクトルについて一般
化座標を計算した。計算条件B−Eについて一般化座標
の計算給米を第2表に示す。ベクトル&、1〜5は固有
ベクトルであり、その固有振動数は13〜Eのいずれの
計算条件でもほぼ同じである。固体ベクトルのエラーノ
ルムけ、計算条件Bでは10−3以下、計算条件C〜E
では10−4以下で十分小さくなっている。外力項のエ
ラーノルムは、本発明を採用しない計算条件Bでは、か
なり大きくなっているが、計算条件C−Eでは十分小さ
くなっている。ただし、計算条件l)では超要素化する
時点で要素荷重ベクトルを正確に表現できていない。 第3光は、0点に集中荷重全卵えたときの過渡応答の#
′F算結釆である。計算条件Aは全モードを考慮した場
合で、こt′Lを正解と考える。上段は変位(IT!=
1)である。計算条件Bでは0点の変位の誤差が計算条
件Aに対して2チ程度あるだけで精度は良い。中段は曲
げモーメント(KNm)である。 本発明を採用しない計算条件Bでは、誤差が計算条件A
に対して最大17%で精度は良くない。超要素を使って
、規準モードに関して本発明全採用しない計算条件1〕
では、誤差が計算条件Aに対して最大で4%である。計
算条件C,Eは、いずれも誤差は計算条件Aに対して0
,4チ以下である。 下段は剪断力(KN )である。計算条件Bでは、計算
条件Aに対して最大49チもの誤差があり、計算条件り
でも計算条件Aに対して24チの誤差があるが、本発明
を用いた計算条件C及びEでは、計算条件Aに対して1
チ以下の誤差である。 以上の結果から、超要素を用いない場合には、固有ベク
]・ルについて本発明全採用した計算条件Cでは精度が
良い。又、超要素を用いた場合には、超要素を定義する
ときの規準モードについてと、全体系の固有ベクトルに
ついての両方で本発明を採用した計算条件Eでは精度が
良い。これらに対し、超要素金用いない場合、固有ベク
トルについて本発明を採用しない計算条件Bでは精度が
悪い。 又超要素を用いた場合には、全体系の固有ベクトルにつ
いて本発明を採用しても、規準モードについて本発明を
採用しないと、計算条件りに示したように精度が悪い。 ただし、計算条件Bよりは良いという結果である。 〔発明の効果〕 本発明によれば、部分構造モード合成法において、外力
項に対し欠落する部分が無いような一般化座標を用意し
て計算できるので、変位だけでなく応力についても高精
度の値を得ることができる。
[0]
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ @ becomes [FshlT(M11][vIsrl-[0]...
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(to). As described above, the coordinate transformation matrix [ψ0ΦNt 'i'
Nr FNh ) exists. However, what actually needs to be calculated is Φ0. Up to ΦNt+'Nf, FN
There is no need to calculate h. The generalized coordinate calculation method described below can be carried out by using the conventional flow shown in FIG. 7 as is. In the first half, p eigenvectors (normative modes) are determined by eigenvalue analysis using the subspace method. Next, a matrix [Ya] is prepared in which (p+t) column vectors are the sum of the p obtained modes and the element weight vector lF'e+)(1=lt21"""1t)k of the QQ formula. And [K”] (Xa] = (Ya) song・1 song...
・・・・・・・・・ Solve the rumors and get [Xa] [Also use 1 gold [MI'], [KII] Reduce to all subspaces. Rigidity in subspace (ma) l) x [circle J
is (Ka) = [xa]TCKll) [Xa)”
``'' song --- song --- @, but considering the % (to) formula, [K, ) - [X, )T [Ya)... song... song...
・One song...Song...Can be calculated by song@. The quality in the subspace tMa) IJ socks Ma) is [Ma) = (Xa)T[M'') (Xa]
・・1 song・・・・・・song・・)c'Ra], [
M, ], the eigenvalue problem in partial quantities [Ka) [Qa ] = [Ma) [Qa] (O
J ] ・= Song = Song (Solve 4 to find [Qa]. Finally, [ΦNt %F,, ] is [ΦNI FNr ) = (XB ) CQB ]
It is calculated as hit, song, egg weight, song, etc. (to). Furthermore, the element load vector (Ge) in the original space is transformed by the element load vector [from Fe3, restraint mode, JltJ mo)' (-), and the element load vector (Ge) in the space is [Ge) = (ΦNt v
/NJ T(Fe)・・・・・・・・・・・・・・・
...c31), this value corresponds to the upper half of the right-hand side of the U◆ expression. The upper half is calculated separately and corresponds to the equal lateral point load of a C5 normal finite element for both entire units. Furthermore, the Sturm sequence method is used to check whether there are any missing low-order standard modes. The error norm as an eigenvector is calculated in the same way. Next, an example of a vibration analysis system using the partial structure mode synthesis method of the present invention will be explained with reference to a schematic flow diagram shown in FIG. All processes 1 to 7 are performed for each super-element to create the entire super-element matrix and output to file A. The results are read as element data in element matrix creation (coordinate transformation) 9, and HF calculation of the entire system is performed. In the present invention, the reference mode 1 calculation 5 and the eigenvalue calculation 12 are replaced by generalized coordinate calculation considering the external force term in FIG. 7. Another feature is that even if the generalized coordinates of the present invention are introduced into a conventional program, the structure of the program will not be disturbed in any way. The effects of the present invention will be shown for a portal frame. Figure 8 shows the specifications of the model. This portal Freno has a longitudinal elastic modulus if 2 x 101'N/ffII + density ρ of 5oo
. Is / -9 judgment l@product A 10 -'n? , the moment of inertia of area is 10-8 m4, and the total length of the frame is 1
Each superelement is composed of one to three superelements. Then, 31 nodes deformed in the x, y, and z directions, 87
It has a degree of freedom. Here, only the deformation within the yz song was considered. Regarding this model, as shown in Table 1, A
, B, C, D, and E. Generalized coordinates were calculated for three load vectors: a human force vector for ground motion acceleration in the y and two directions, and a concentrated load on the zero point. Table 2 shows the calculated values of generalized coordinates for calculation conditions B-E. Vector &, 1 to 5 are eigenvectors, and their eigenfrequency is almost the same under any of the calculation conditions of 13 to E. Error norm of solid vector is 10-3 or less under calculation condition B, calculation conditions C to E
In this case, it is sufficiently small at 10-4 or less. The error norm of the external force term is considerably large under calculation condition B in which the present invention is not adopted, but is sufficiently small under calculation conditions CE. However, under calculation condition l), the element load vector cannot be accurately expressed at the time of super-elementization. The third light is # of the transient response when a concentrated load is applied to the zero point.
'F is a calculation result. Calculation condition A is a case in which all modes are considered, and t'L is considered to be the correct answer. The upper row is the displacement (IT!=
1). Under calculation condition B, the error in displacement at the 0 point is only about 2 inches compared to calculation condition A, and the accuracy is good. The middle row is the bending moment (KNm). In calculation condition B, which does not adopt the present invention, the error is calculated under calculation condition A.
The accuracy is not good, with a maximum of 17%. Calculation condition 1 that does not apply to all of the present invention regarding the standard mode using hyperelements]
In this case, the error is 4% at maximum for calculation condition A. Calculation conditions C and E both have an error of 0 with respect to calculation condition A.
, 4 inches or less. The bottom row is the shear force (KN). Under calculation condition B, there is a maximum error of 49 inches compared to calculation condition A, and under calculation condition there is an error of 24 inches compared to calculation condition A. However, under calculation conditions C and E using the present invention, calculation 1 for condition A
The error is less than . From the above results, when no hyperelement is used, the accuracy is good under calculation condition C, which is adopted throughout the present invention, for the eigenvector. Furthermore, when using super-elements, the accuracy is good under calculation condition E, which employs the present invention, both for the reference mode when defining the super-elements and for the eigenvectors of the entire system. On the other hand, when the superelement metal is not used, the accuracy is poor under calculation condition B in which the present invention is not adopted for the eigenvectors. Furthermore, when hyperelements are used, even if the present invention is adopted for the eigenvectors of the entire system, if the present invention is not adopted for the reference mode, the accuracy will be poor as shown in the calculation conditions. However, the result is better than calculation condition B. [Effects of the Invention] According to the present invention, in the partial structure mode synthesis method, generalized coordinates with no missing parts can be prepared and calculated for the external force term, so not only displacement but also stress can be calculated with high precision. value can be obtained.

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

第1図は本発明の振動解析システムの一例を説明する概
略フロー図、第2図は本発明で用いている本発明で用い
られる部分構造モード合成法全説明する図で、連続体全
有限要素でモデル化した図、第4図は第3図に示す有限
要素モデルに用いられる正方マトリックスIF+を示す
図、第5図は変換された運動方程式のマトリックスの形
を示す図、第6図は外力項を考慮した一般化座標の説明
図、第7図は外力項全考慮した一般化座標の計算方法の
一例を説明する概略フロー図、第8図は本発明の詳細な
説明する計算例のモデル図である。 14・・・固有振動モード、15・・・外力の影響を考
慮したモード。 オ 2 図 二 ロニー=5−二二コ ○ e (ハ)■ ((ハ)【・(− ―   ・ 才 ■ 圏 才δ囚 vt
Fig. 1 is a schematic flow diagram explaining an example of the vibration analysis system of the present invention, and Fig. 2 is a diagram illustrating the entire substructure mode synthesis method used in the present invention. Figure 4 is a diagram showing the square matrix IF+ used in the finite element model shown in Figure 3, Figure 5 is a diagram showing the shape of the matrix of the transformed equation of motion, and Figure 6 is a diagram showing the external force. Fig. 7 is a schematic flow diagram illustrating an example of a method for calculating generalized coordinates considering all external force terms, and Fig. 8 is a model of a calculation example to explain the present invention in detail. It is a diagram. 14...Natural vibration mode, 15...Mode considering the influence of external force. O 2 Figure 2 Ronnie = 5-22 ko ○ e (c) ■ ((c) [・(- - ・ sai ■ Circle talent δ prisoner vt

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、全体構造をいくつかの部分構造に分割し、各部分構
造の動特性を求めたのち、それらを合成して全体構造の
振動解析を行なう振動解析システムにおいて、全体構造
の変形を表わすモードと、各部分構造の変形を表わすモ
ードを用い、前記各部分構造の変形を表わすモードとし
て固有振動モードの他に外力の影響を考慮したモードも
加えることを特徴とする振動解析システム。 2、全体構造の変形を表わすモードとして、固有振動モ
ードの他に外力の影響を考慮したモードも加えることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の振動解析システ
ム。
[Claims] 1. In a vibration analysis system that divides the entire structure into several partial structures, determines the dynamic characteristics of each partial structure, and then synthesizes them to perform vibration analysis of the entire structure. A vibration analysis characterized in that a mode representing the deformation of the structure and a mode representing the deformation of each partial structure are used, and a mode considering the influence of external force is added in addition to the natural vibration mode as the mode representing the deformation of each partial structure. system. 2. The vibration analysis system according to claim 1, characterized in that, in addition to the natural vibration mode, a mode that takes into account the influence of external force is added as a mode representing the deformation of the entire structure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008116040A (en) * 2006-10-13 2008-05-22 Ntn Corp Stress analysis method and stress analysis system of retainer

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5827025A (en) * 1981-08-12 1983-02-17 Hitachi Ltd Method and apparatus for analyzing vibration

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5827025A (en) * 1981-08-12 1983-02-17 Hitachi Ltd Method and apparatus for analyzing vibration

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008116040A (en) * 2006-10-13 2008-05-22 Ntn Corp Stress analysis method and stress analysis system of retainer

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