剛性評価支援装置、剛性評価支援方法及びプログラム
【課題】運動中の構造物の剛性評価を簡易かつ詳細に行うことを支援する剛性評価支援装置を提供する。
【解決手段】剛性評価支援装置１は、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数手段２１、入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行手段２２、曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離手段２３、分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を表示するモード寄与率表示手段２４を具備する。更に、剛性評価支援装置１は、各弾性モードにおける構造物の変形の様子をアニメーションとして表示するアニメーション表示手段２５を具備する。
【解決手段】剛性評価支援装置１は、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数手段２１、入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行手段２２、曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離手段２３、分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を表示するモード寄与率表示手段２４を具備する。更に、剛性評価支援装置１は、各弾性モードにおける構造物の変形の様子をアニメーションとして表示するアニメーション表示手段２５を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援装置、剛性評価支援方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両等の輸送機器構造物の設計では、車体の剛性を評価する仕組みが提案されている。例えば、車体の剛性評価を行うための試験としては、車体のリヤ側のサスペンション取り付け点を固定し、フロント側のサスペンション取り付け点の横方向に荷重を与える片持ち試験、リヤ側のアッパーサポートを固定し、フロント側の左右アッパーサポートに上下逆相の荷重を与える捩り試験、などが知られている。これらの方法は、複数の車体の剛性を横並びで評価する場合には適している。しかし、変形モードが、前述の試験の場合と実際の車両が走行している場合とでは異なるため、個別の車体の剛性を評価する場合には適さない。
【０００３】
また、近年では、計算や実験によって、実際の車両が走行している場合の変形モードを求め、求めた変形モードに一致するように固定部位・負荷部位を定めた静的な剛性実験を行うことが提案されている（例えば、非特許文献１）。この方法によれば、実際の車両が走行している間の変形予測を行うことが可能となる。
【０００４】
また、特許文献１では、実験モーダル解析によって、車両の後部車体フレームの取り付け部の剛性を計測する方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８４３４０号公報
【非特許文献１】白石裕二、青木弘文、北村博史、上田悦広、牛村智也、 “操縦安定性に及ぼす車体剛性寄与メカニズムの解明”、 社団法人自動車技術会 学術講演会前刷集Ｎｏ．１０１−０４、 2004．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１のような方法において、実際の車両が走行している場合の変形モードに対応する静的な剛性実験の境界条件は、車両ごとに異なると考えられる。従って、車両ごとに変形モードを求めなくてはならない。また、静的な剛性実験において、比較する測定点が限定されるため、求めた変形モードが厳密に再現できているか分からない。すなわち、非特許文献１のような方法では、負荷が高いにも関わらず、精度が必ずしも高いとは言えない。
【０００７】
また、本来、走行中の車体は固定されているわけではなく、アブソーバや柔らかいブッシュで支持され、いわば宙に浮いた状態（＝自由支持状態）となっていることから、自由支持状態の剛性を求める必要がある。しかしながら、非特許文献１、特許文献１に記載された方法では、自由支持状態の剛性を求めているわけではない。また、非特許文献１、特許文献１に記載された方法では、変形モードごとの評価を行うことができない。
【０００８】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、運動中の構造物の剛性評価を汎用的かつ詳細に行うことを支援する剛性評価支援装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために第１の発明は、運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援装置であって、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数入力手段と、前記周波数応答関数入力手段によって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行手段と、前記曲線適合実行手段によって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離手段と、前記弾性モード分離手段による分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を出力するモード寄与率出力手段と、を具備することを特徴とする剛性評価支援装置である。第１の発明に係る剛性評価支援装置は、運動中の構造物の剛性評価を簡易かつ詳細に行うことを支援する。
【００１０】
前記弾性モード分離手段は、０Ｈｚの周波数応答から剰余質量を無視して各弾性モードに分離することが望ましい。また、第１の発明に係る剛性評価支援装置は、各弾性モードにおける構造物の変形の様子をアニメーションとして表示するアニメーション表示手段、を更に具備することが望ましい。
【００１１】
第２の発明は、運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援方法であって、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数入力ステップと、前記周波数応答関数入力ステップによって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行ステップと、前記曲線適合実行ステップによって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離ステップと、前記弾性モード分離ステップによる分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を出力するモード寄与率出力ステップと、を具備することを特徴とする剛性評価支援方法である。
【００１２】
第３の発明は、コンピュータを第１の発明に係る剛性評価支援装置として機能させるプログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、運動中の構造物の剛性評価を汎用的かつ詳細に行うことを支援する剛性評価支援装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の理論的背景について説明する。
【００１５】
（１．走行状態の車両の剛性評価）
最初に、走行状態の車両の剛性評価について説明する。走行中の車体は固定されているわけではなく、自由支持状態に近い。特に、定常円旋回中の車両は、自由支持状態であり、横力と慣性力とが釣り合う状態である。このような状態における剛性評価が、商品開発や車両運動評価に重要となる。
【００１６】
一方、車両運動のシミュレーション（数値解析）では、車両は剛体として扱われ、剛性は無限大として扱われている。また、従来の車両剛性の実験（実験解析）では、車両をサスペンション取り付け点で拘束し、静的な剛性試験を行っている。すなわち、従来の車両剛性の実験は、実際の車両運動状態と異なった拘束条件の下で行われている。
【００１７】
前述の定常円旋回中の車両状態は、数値解析では慣性リリーフ解析と呼ばれる解析の境界条件と同じである。ここで、慣性リリーフ解析とは、自由支持状態で等加速度運動中の物体に作用する力から応力やひずみを求める線形静解析手法であり、運動中の飛行機や船の静解析に使用されている。慣性リリーフ解析の結果を実験解析で行うことができれば、従来の車両剛性の試験よりも、走行中の車両の剛性評価を行うことができるという意味において、意義が大きい。
【００１８】
（２．慣性リリーフ解析と等価な実験解析）
慣性リリーフ解析の流れは、（１）慣性力の座標の基準となる支持点を決定、（２）作用荷重による支持点の剛体運動の加速度を算出、（３）全ての点の加速度の算出を行い、慣性力を計算、（４）支持点の変位を０として、慣性力と作用荷重を与えた時の変形を算出、となる。以下、これらの処理について数式を用いて説明する。最初に、慣性リリーフによって変形する自由度セットを添字ｌ、支持点の自由度セットを添字ｒで表すと、運動方程式は次式となる。
【数１】
【００１９】
次に、ｒセットの変位を０とし、ｌセットに対して、負荷された荷重に加えて慣性力に対応する各自由度の荷重を与え、静解析を実施する。最終的に解くべき運動方程式は次式となる。
【数２】
【００２０】
図１は、２自由度のばね−質量系を示す図である。図１の例を式（２）に当てはめると、運動方程式は次式となる。
【数３】
そして、節点２を基準点（＝サポート点）とすると、節点１の慣性リリーフ変形は次式となる。
【数４】
【００２１】
一方、動的応答は、理論モード解析によって、モーダル座標系に変換したモード変位の重ね合わせにより表現することができる。以下では、モード合成を用いて、慣性リリーフ変形を示す。次式は、式（１）の運動方程式を略記したものである。
【数５】
次式は、式（５）の固有方程式である。
【数６】
式（５）で示された運動方程式は、式（６）の固有方程式を解いた結果のモーダルパラメータを用いると、次式で示される。
【数７】
【００２２】
式（７）を式（５）に代入し、前からモードベクトル行列を乗じると、次式になる。
【数８】
【００２３】
そして、式（８）を｛ξ｝について解き、式（７）に代入すると、次式になる。
【数９】
【００２４】
式（９）は剛体成分（ｒ＝１〜６）と弾性成分（ｒ＝７〜ｎ）とに分離することができる。そして、弾性成分のみの０Ｈｚの変形を導出すると、次式になる。
【数１０】
【００２５】
ここで、慣性リリーフ変形は、式（１０）で示す弾性モードの参照点（支持点）からの相対変形と考えることができる。すなわち、慣性リリーフ変形の計算は、ｕｌ（評価点）−ｕ０（基準点）（ω->０）となる。
【００２６】
以下では、図１の例において、理論モード解析による慣性リリーフ変形を導出する。図１の例を当てはめた固有方程式である式（３）から、固有値と固有ベクトルを導出すると、次式となる。
【数１１】
【００２７】
また、モード質量とモード剛性は、次式となる。
【数１２】
【００２８】
式（９）から、変位を剛体モードと弾性モードに分離すると、次式となる。
【数１３】
【００２９】
そして、弾性モードの参照点（図１の節点２）からの相対変形を導出すると、次式となる。
【数１４】
式（１６）は、式（４）と一致し、モード合成から求めた０Ｈｚ変形は、慣性リリーフ解析と等価であることが分かる。
【００３０】
図２は、車体フレームの各試験の変形の一例を示す図である。図２に示す例は、同一の車体フレームを対象として、実際に行った静剛性試験の結果を解析するとともに、慣性リリーフ解析、理論モード解析を行った結果である。図２から分かるように、静剛性試験と慣性リリーフ解析の変形形状は異なっている。一方、慣性リリーフ解析とモード解析の０Ｈｚの応答の変形形状は等価である。
【００３１】
本発明の実施の形態では、慣性リリーフ解析と理論モード解析からの慣性リリーフ変形との解が等価になるという知見に基づいて、自由支持条件の下で加振試験を行い、実験モード解析によって運動中の構造物（車体フレーム等）の剛性評価を行う。ここで、自由支持条件は、構造物をワイヤで吊るす、柔らかいばねで支持する等によって実現する。これによって、試験結果は慣性リリーフ変形に相当する結果として扱うことができる。
【００３２】
以下、図３から図９を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図３は、構造物の剛性評価を行うシステムの一例を示す図である。図３に示すように、本システムでは、例えば、剛性評価支援装置１、構造物３、加速度センサ５、ハンマー７、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）アナライザ９等がある。
【００３３】
剛性評価支援装置１は、ユーザが使うコンピュータであって、ユーザの剛性評価作業を支援する。剛性評価支援装置１の詳細は後述する。
【００３４】
構造物３は、剛性評価の対象である。構造物３は、例えば、４本のワイヤで吊るすことによって、自由支持状態とする。また、例えば、構造物３の複数箇所を柔らかいばねなどで支持するようにしても良い。
【００３５】
加速度センサ５は、加速度を計測するセンサであって、構造物３に複数取り付けられる。加速度センサ５は、計測した加速度をＦＦＴアナライザ９に出力する。加速度を計測する箇所は、例えば、構造物３が車体フレームの場合、サスペンション取り付け点の変位を評価するのであれば、サスペンション取り付け点とする。
【００３６】
ハンマー７は、構造物３を加振するものである。また、ハンマー７は、力信号の検出を行い、ＦＦＴアナライザ９に力信号を出力する。加振する箇所は、例えば、構造物３が車体フレームの場合、サスペンション取り付け点の変位を評価するのであれば、サスペンション取り付け点とする。尚、加振方法は、ハンマー７を用いる場合に限定されるものではなく、例えば、動的な力を発生する加振器および力を伝達する駆動棒などを用いて行っても良い。
【００３７】
ＦＦＴアナライザ９は、加速度センサ５、ハンマー７から出力される信号を入力とし、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を主とする様々な信号処理を行い、周波数応答関数を出力する。ここで、周波数応答関数とは、振動数（周波数）を独立変数にとり、その関数として定義した伝達関数（＝入力である加振力と出力である応答の比）である。尚、コンピュータに信号処理ソフトをインストールすることで、ＦＦＴアナライザ９の機能を実現しても良い。
【００３８】
図４は、剛性評価支援装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。尚、図１のハードウェア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
【００３９】
剛性評価支援装置１は、制御部１１、記憶部１２、メディア入出力部１３、通信制御部１４、入力部１５、表示部１６、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７等が、バス１８を介して接続される。
【００４０】
制御部１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００４１】
ＣＰＵは、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１８を介して接続された各装置を駆動制御し、剛性評価支援装置１が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部１１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００４２】
記憶部１２は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部１１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部１１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００４３】
メディア入出力部１３（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。
【００４４】
通信制御部１４は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク１９間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。
【００４５】
入力部１５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１５を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
【００４６】
表示部１６は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
【００４７】
周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１７は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１７は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
【００４８】
バス１８は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００４９】
図５は、剛性評価支援装置１の機能の概要を示すブロック図である。図５に示すように、剛性評価支援装置１は、周波数応答関数入力手段２１、曲線適合実行手段２２、弾性モード分離手段２３、モード寄与率表示手段２４、アニメーション表示手段２５等を備える。
【００５０】
周波数応答関数入力手段２１は、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する。入力された周波数応答関数は、記憶部１２等に記憶される。周波数応答関数入力手段２１は、例えば、ＦＦＴアナライザ９との接続インタフェースである周辺機器Ｉ／Ｆ部１７である。但し、周波数応答関数入力手段２１は、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７に限定されるわけではなく、周波数応答関数をメディアで入力する場合にはメディア入出力部１３、ネットワーク１９を介して入力する場合には通信制御部１４等である。
【００５１】
曲線適合実行手段２２は、周波数応答関数入力手段２１によって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する。曲線適合実行手段２２は、制御部１１によって実行される。曲線適合処理とは、周波数スペクトル曲線に適合するようにモード特性（固有振動数、モード減衰比、固有モード等）を決定する処理である。曲線適合には様々な方法があるが、本発明の実施の形態では、特に限定しない。
【００５２】
弾性モード分離手段２３は、曲線適合実行手段２２によって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する。弾性モード分離手段２３は、制御部１１によって実行される。
【００５３】
弾性モード分離手段２３は、０Ｈｚの周波数応答から剰余質量を無視して各弾性モードに分離する。これは、前述の式（１０）において、剛体成分と弾性成分とに分離し、弾性成分のみの０Ｈｚの変形を導出したことに相当する。剛体モードは、コンプライアンス（＝弾性変位）が０Ｈｚで無限大になるため、無視する必要があるからである。弾性モード分離手段２３によって、実験モード解析の結果から慣性リリーフ解析に相当する結果が得られる。
【００５４】
図６は、弾性モードの分離を示す模式図である。図６の左図は、全応答の弾性変位を示している。図６の右図は、曲線適合処理の結果に基づいて、１次〜３次の弾性モード成分に分離した様子を示している。本発明の実施の形態では、このように分離した弾性モードの０Ｈｚの周波数応答に着目し、剛性評価を行う。これは、０Ｈｚの周波数応答が、慣性リリーフの解析結果と同等であるという知見に基づくものである。これによって、数値実験である慣性リリーフ解析を実験モード解析で行うことが可能となる。
【００５５】
モード寄与率表示手段２４は、弾性モード分離手段２３による分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードの変形がどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を表示する。モード寄与率表示手段２４は、制御部１１によってモード寄与率が算出され、表示部１６がモード寄与率をディスプレイ装置に表示する。ｋ次の弾性モードのモード寄与率は、ｋ次の弾性モードの０Ｈｚの周波数応答／採用した全ての弾性モードの０Ｈｚの周波数応答の総和×１００（％）、で算出される。
【００５６】
図７は、モード寄与率の表示の一例を示す図である。図７に示す例は、構造物３が車体フレームであって、サスペンション取り付け点の自己周波数応答関数の０Ｈｚのモード次数とモード寄与率を示している。車両開発において低次の変形に対する剛性評価が経験的に行われている。図７に示す例では、１、３、４次の弾性変形に対策をすれば良いということが分かる。
【００５７】
尚、モード寄与率は、表示部１６に表示するだけでなく、ネットワーク１９を介して他のコンピュータに送信しても良いし、プリンタ等に送信して印刷出力しても良い。
【００５８】
アニメーション表示手段２５は、各弾性モードにおける構造物の変形の様子をアニメーションとして表示する。アニメーション表示手段２５は、制御部１１によって各弾性モードにおける構造物３の変形を時系列で算出し、表示部１６が弾性モードごとのアニメーションとしてディスプレイ装置に表示する。
【００５９】
図８は、低次の変形の一例を示す図である。図８では、（１）１次上下曲げ変形、（２）１次ねじり変形、（３）１次横曲げ変形、が示されている。車両運動に関連する弾性モードの変形は、図８に示すように低次の曲げ、ねじりであることが経験的に知られている。ユーザは、アニメーション表示手段２５によって表示されるアニメーションを考察し、各弾性モードがどの変形に当たるかを判別する。例えば、ユーザは、図６に示すような１次〜３次の弾性モードが、図８に示すような変形のどれに当たるかを判別する。
【００６０】
ユーザが各弾性モードと変形の種類とを対応づけて、剛性評価支援装置１が図７に示すような弾性モードごとのモード寄与率を提示することで、ユーザは詳細な剛性評価を行うことができる。すなわち、個々の弾性モードを比較し、全体の剛性に対する曲げ剛性の割合、曲げ剛性とねじり剛性の比較等、従来ではできなかった剛性比較を行うことが可能である。
【００６１】
図９は、本発明の実施の形態に係る剛性評価の流れを示すフローチャートである。
【００６２】
ユーザは、図３に示すシステムにおいて、自由支持条件の下での加振試験を行う（Ｓ１０１）。ＦＦＴアナライザ９は、周波数応答関数の計測を行う（Ｓ１０２）。剛性評価支援装置１の制御部１１は、周波数応答関数入力手段２１によって、周波数応答関数の入力を行い、曲線適合処理実行手段２２によって、周波数応答関数の曲線適合処理を行う（Ｓ１０３）。
【００６３】
次に、ユーザは、剛性評価支援装置１の制御部１１がアニメーション表示手段２５によって表示部１６に表示するアニメーションを考察し、弾性モードがどの変形に当たるかを判別する（Ｓ１０４）。判別結果は、入力部１５を介して入力し、記憶部１２に記憶させても良い。
【００６４】
剛性評価支援装置１の制御部１１は、弾性モード分離手段２３によって弾性モード分離処理を行い（Ｓ１０５）、モード寄与率表示手段２４によってモード寄与率表示処理を行う（Ｓ１０６）。ここで、剛性評価支援装置１の制御部１１は、Ｓ１０４における判別結果とモード寄与率を合わせて表示し、弾性モードの寄与率と変形の種類とが対応付けられて表示されるようにしても良い。そして、ユーザは、これらの表示内容に基づいて、弾性モードごとの剛性評価を行う（Ｓ１０７）。
【００６５】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、運動中の構造物の剛性評価を支援するために、剛性評価支援装置１は、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力し、入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行し、曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離し、分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を表示する。
【００６６】
本発明の実施の形態では、加振試験自体には特別な器具を必要としないことから、様々な構造物に適用可能である。また、弾性モードごとのモード寄与率を提示できることから、詳細な剛性評価を行うことが可能である。
【００６７】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る剛性評価支援装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】２自由度のばね−質量系を示す図
【図２】車体フレームの各試験の変形の一例を示す図
【図３】構造物の剛性評価を行うシステムの一例を示す図
【図４】剛性評価支援装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図
【図５】剛性評価支援装置１の機能の概要を示すブロック図
【図６】弾性モードの分離を示す模式図
【図７】モード寄与率の表示の一例を示す図
【図８】低次の変形の一例を示す図
【図９】本発明の実施の形態に係る剛性評価の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
【００６９】
１………剛性評価支援装置
３………構造物
５………加速度センサ
７………ハンマー
９………ＦＦＴアナライザ
１１………制御部
１２………記憶部
１３………メディア入出力部
１４………通信制御部
１５………入力部
１６………表示部
１７………周辺機器Ｉ／Ｆ部
１８………バス
１９………ネットワーク
２１………周波数応答関数入力手段
２２………曲線適合実行手段
２３………弾性モード分離手段
２４………モード寄与率表示手段
２５………アニメーション表示手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援装置、剛性評価支援方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両等の輸送機器構造物の設計では、車体の剛性を評価する仕組みが提案されている。例えば、車体の剛性評価を行うための試験としては、車体のリヤ側のサスペンション取り付け点を固定し、フロント側のサスペンション取り付け点の横方向に荷重を与える片持ち試験、リヤ側のアッパーサポートを固定し、フロント側の左右アッパーサポートに上下逆相の荷重を与える捩り試験、などが知られている。これらの方法は、複数の車体の剛性を横並びで評価する場合には適している。しかし、変形モードが、前述の試験の場合と実際の車両が走行している場合とでは異なるため、個別の車体の剛性を評価する場合には適さない。
【０００３】
また、近年では、計算や実験によって、実際の車両が走行している場合の変形モードを求め、求めた変形モードに一致するように固定部位・負荷部位を定めた静的な剛性実験を行うことが提案されている（例えば、非特許文献１）。この方法によれば、実際の車両が走行している間の変形予測を行うことが可能となる。
【０００４】
また、特許文献１では、実験モーダル解析によって、車両の後部車体フレームの取り付け部の剛性を計測する方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８４３４０号公報
【非特許文献１】白石裕二、青木弘文、北村博史、上田悦広、牛村智也、 “操縦安定性に及ぼす車体剛性寄与メカニズムの解明”、 社団法人自動車技術会 学術講演会前刷集Ｎｏ．１０１−０４、 2004．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１のような方法において、実際の車両が走行している場合の変形モードに対応する静的な剛性実験の境界条件は、車両ごとに異なると考えられる。従って、車両ごとに変形モードを求めなくてはならない。また、静的な剛性実験において、比較する測定点が限定されるため、求めた変形モードが厳密に再現できているか分からない。すなわち、非特許文献１のような方法では、負荷が高いにも関わらず、精度が必ずしも高いとは言えない。
【０００７】
また、本来、走行中の車体は固定されているわけではなく、アブソーバや柔らかいブッシュで支持され、いわば宙に浮いた状態（＝自由支持状態）となっていることから、自由支持状態の剛性を求める必要がある。しかしながら、非特許文献１、特許文献１に記載された方法では、自由支持状態の剛性を求めているわけではない。また、非特許文献１、特許文献１に記載された方法では、変形モードごとの評価を行うことができない。
【０００８】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、運動中の構造物の剛性評価を汎用的かつ詳細に行うことを支援する剛性評価支援装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために第１の発明は、運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援装置であって、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数入力手段と、前記周波数応答関数入力手段によって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行手段と、前記曲線適合実行手段によって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離手段と、前記弾性モード分離手段による分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を出力するモード寄与率出力手段と、を具備することを特徴とする剛性評価支援装置である。第１の発明に係る剛性評価支援装置は、運動中の構造物の剛性評価を簡易かつ詳細に行うことを支援する。
【００１０】
前記弾性モード分離手段は、０Ｈｚの周波数応答から剰余質量を無視して各弾性モードに分離することが望ましい。また、第１の発明に係る剛性評価支援装置は、各弾性モードにおける構造物の変形の様子をアニメーションとして表示するアニメーション表示手段、を更に具備することが望ましい。
【００１１】
第２の発明は、運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援方法であって、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数入力ステップと、前記周波数応答関数入力ステップによって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行ステップと、前記曲線適合実行ステップによって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離ステップと、前記弾性モード分離ステップによる分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を出力するモード寄与率出力ステップと、を具備することを特徴とする剛性評価支援方法である。
【００１２】
第３の発明は、コンピュータを第１の発明に係る剛性評価支援装置として機能させるプログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、運動中の構造物の剛性評価を汎用的かつ詳細に行うことを支援する剛性評価支援装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の理論的背景について説明する。
【００１５】
（１．走行状態の車両の剛性評価）
最初に、走行状態の車両の剛性評価について説明する。走行中の車体は固定されているわけではなく、自由支持状態に近い。特に、定常円旋回中の車両は、自由支持状態であり、横力と慣性力とが釣り合う状態である。このような状態における剛性評価が、商品開発や車両運動評価に重要となる。
【００１６】
一方、車両運動のシミュレーション（数値解析）では、車両は剛体として扱われ、剛性は無限大として扱われている。また、従来の車両剛性の実験（実験解析）では、車両をサスペンション取り付け点で拘束し、静的な剛性試験を行っている。すなわち、従来の車両剛性の実験は、実際の車両運動状態と異なった拘束条件の下で行われている。
【００１７】
前述の定常円旋回中の車両状態は、数値解析では慣性リリーフ解析と呼ばれる解析の境界条件と同じである。ここで、慣性リリーフ解析とは、自由支持状態で等加速度運動中の物体に作用する力から応力やひずみを求める線形静解析手法であり、運動中の飛行機や船の静解析に使用されている。慣性リリーフ解析の結果を実験解析で行うことができれば、従来の車両剛性の試験よりも、走行中の車両の剛性評価を行うことができるという意味において、意義が大きい。
【００１８】
（２．慣性リリーフ解析と等価な実験解析）
慣性リリーフ解析の流れは、（１）慣性力の座標の基準となる支持点を決定、（２）作用荷重による支持点の剛体運動の加速度を算出、（３）全ての点の加速度の算出を行い、慣性力を計算、（４）支持点の変位を０として、慣性力と作用荷重を与えた時の変形を算出、となる。以下、これらの処理について数式を用いて説明する。最初に、慣性リリーフによって変形する自由度セットを添字ｌ、支持点の自由度セットを添字ｒで表すと、運動方程式は次式となる。
【数１】
【００１９】
次に、ｒセットの変位を０とし、ｌセットに対して、負荷された荷重に加えて慣性力に対応する各自由度の荷重を与え、静解析を実施する。最終的に解くべき運動方程式は次式となる。
【数２】
【００２０】
図１は、２自由度のばね−質量系を示す図である。図１の例を式（２）に当てはめると、運動方程式は次式となる。
【数３】
そして、節点２を基準点（＝サポート点）とすると、節点１の慣性リリーフ変形は次式となる。
【数４】
【００２１】
一方、動的応答は、理論モード解析によって、モーダル座標系に変換したモード変位の重ね合わせにより表現することができる。以下では、モード合成を用いて、慣性リリーフ変形を示す。次式は、式（１）の運動方程式を略記したものである。
【数５】
次式は、式（５）の固有方程式である。
【数６】
式（５）で示された運動方程式は、式（６）の固有方程式を解いた結果のモーダルパラメータを用いると、次式で示される。
【数７】
【００２２】
式（７）を式（５）に代入し、前からモードベクトル行列を乗じると、次式になる。
【数８】
【００２３】
そして、式（８）を｛ξ｝について解き、式（７）に代入すると、次式になる。
【数９】
【００２４】
式（９）は剛体成分（ｒ＝１〜６）と弾性成分（ｒ＝７〜ｎ）とに分離することができる。そして、弾性成分のみの０Ｈｚの変形を導出すると、次式になる。
【数１０】
【００２５】
ここで、慣性リリーフ変形は、式（１０）で示す弾性モードの参照点（支持点）からの相対変形と考えることができる。すなわち、慣性リリーフ変形の計算は、ｕｌ（評価点）−ｕ０（基準点）（ω->０）となる。
【００２６】
以下では、図１の例において、理論モード解析による慣性リリーフ変形を導出する。図１の例を当てはめた固有方程式である式（３）から、固有値と固有ベクトルを導出すると、次式となる。
【数１１】
【００２７】
また、モード質量とモード剛性は、次式となる。
【数１２】
【００２８】
式（９）から、変位を剛体モードと弾性モードに分離すると、次式となる。
【数１３】
【００２９】
そして、弾性モードの参照点（図１の節点２）からの相対変形を導出すると、次式となる。
【数１４】
式（１６）は、式（４）と一致し、モード合成から求めた０Ｈｚ変形は、慣性リリーフ解析と等価であることが分かる。
【００３０】
図２は、車体フレームの各試験の変形の一例を示す図である。図２に示す例は、同一の車体フレームを対象として、実際に行った静剛性試験の結果を解析するとともに、慣性リリーフ解析、理論モード解析を行った結果である。図２から分かるように、静剛性試験と慣性リリーフ解析の変形形状は異なっている。一方、慣性リリーフ解析とモード解析の０Ｈｚの応答の変形形状は等価である。
【００３１】
本発明の実施の形態では、慣性リリーフ解析と理論モード解析からの慣性リリーフ変形との解が等価になるという知見に基づいて、自由支持条件の下で加振試験を行い、実験モード解析によって運動中の構造物（車体フレーム等）の剛性評価を行う。ここで、自由支持条件は、構造物をワイヤで吊るす、柔らかいばねで支持する等によって実現する。これによって、試験結果は慣性リリーフ変形に相当する結果として扱うことができる。
【００３２】
以下、図３から図９を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図３は、構造物の剛性評価を行うシステムの一例を示す図である。図３に示すように、本システムでは、例えば、剛性評価支援装置１、構造物３、加速度センサ５、ハンマー７、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）アナライザ９等がある。
【００３３】
剛性評価支援装置１は、ユーザが使うコンピュータであって、ユーザの剛性評価作業を支援する。剛性評価支援装置１の詳細は後述する。
【００３４】
構造物３は、剛性評価の対象である。構造物３は、例えば、４本のワイヤで吊るすことによって、自由支持状態とする。また、例えば、構造物３の複数箇所を柔らかいばねなどで支持するようにしても良い。
【００３５】
加速度センサ５は、加速度を計測するセンサであって、構造物３に複数取り付けられる。加速度センサ５は、計測した加速度をＦＦＴアナライザ９に出力する。加速度を計測する箇所は、例えば、構造物３が車体フレームの場合、サスペンション取り付け点の変位を評価するのであれば、サスペンション取り付け点とする。
【００３６】
ハンマー７は、構造物３を加振するものである。また、ハンマー７は、力信号の検出を行い、ＦＦＴアナライザ９に力信号を出力する。加振する箇所は、例えば、構造物３が車体フレームの場合、サスペンション取り付け点の変位を評価するのであれば、サスペンション取り付け点とする。尚、加振方法は、ハンマー７を用いる場合に限定されるものではなく、例えば、動的な力を発生する加振器および力を伝達する駆動棒などを用いて行っても良い。
【００３７】
ＦＦＴアナライザ９は、加速度センサ５、ハンマー７から出力される信号を入力とし、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を主とする様々な信号処理を行い、周波数応答関数を出力する。ここで、周波数応答関数とは、振動数（周波数）を独立変数にとり、その関数として定義した伝達関数（＝入力である加振力と出力である応答の比）である。尚、コンピュータに信号処理ソフトをインストールすることで、ＦＦＴアナライザ９の機能を実現しても良い。
【００３８】
図４は、剛性評価支援装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。尚、図１のハードウェア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
【００３９】
剛性評価支援装置１は、制御部１１、記憶部１２、メディア入出力部１３、通信制御部１４、入力部１５、表示部１６、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７等が、バス１８を介して接続される。
【００４０】
制御部１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００４１】
ＣＰＵは、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１８を介して接続された各装置を駆動制御し、剛性評価支援装置１が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部１１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００４２】
記憶部１２は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部１１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部１１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００４３】
メディア入出力部１３（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。
【００４４】
通信制御部１４は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク１９間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。
【００４５】
入力部１５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１５を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
【００４６】
表示部１６は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
【００４７】
周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１７は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１７は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
【００４８】
バス１８は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００４９】
図５は、剛性評価支援装置１の機能の概要を示すブロック図である。図５に示すように、剛性評価支援装置１は、周波数応答関数入力手段２１、曲線適合実行手段２２、弾性モード分離手段２３、モード寄与率表示手段２４、アニメーション表示手段２５等を備える。
【００５０】
周波数応答関数入力手段２１は、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する。入力された周波数応答関数は、記憶部１２等に記憶される。周波数応答関数入力手段２１は、例えば、ＦＦＴアナライザ９との接続インタフェースである周辺機器Ｉ／Ｆ部１７である。但し、周波数応答関数入力手段２１は、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７に限定されるわけではなく、周波数応答関数をメディアで入力する場合にはメディア入出力部１３、ネットワーク１９を介して入力する場合には通信制御部１４等である。
【００５１】
曲線適合実行手段２２は、周波数応答関数入力手段２１によって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する。曲線適合実行手段２２は、制御部１１によって実行される。曲線適合処理とは、周波数スペクトル曲線に適合するようにモード特性（固有振動数、モード減衰比、固有モード等）を決定する処理である。曲線適合には様々な方法があるが、本発明の実施の形態では、特に限定しない。
【００５２】
弾性モード分離手段２３は、曲線適合実行手段２２によって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する。弾性モード分離手段２３は、制御部１１によって実行される。
【００５３】
弾性モード分離手段２３は、０Ｈｚの周波数応答から剰余質量を無視して各弾性モードに分離する。これは、前述の式（１０）において、剛体成分と弾性成分とに分離し、弾性成分のみの０Ｈｚの変形を導出したことに相当する。剛体モードは、コンプライアンス（＝弾性変位）が０Ｈｚで無限大になるため、無視する必要があるからである。弾性モード分離手段２３によって、実験モード解析の結果から慣性リリーフ解析に相当する結果が得られる。
【００５４】
図６は、弾性モードの分離を示す模式図である。図６の左図は、全応答の弾性変位を示している。図６の右図は、曲線適合処理の結果に基づいて、１次〜３次の弾性モード成分に分離した様子を示している。本発明の実施の形態では、このように分離した弾性モードの０Ｈｚの周波数応答に着目し、剛性評価を行う。これは、０Ｈｚの周波数応答が、慣性リリーフの解析結果と同等であるという知見に基づくものである。これによって、数値実験である慣性リリーフ解析を実験モード解析で行うことが可能となる。
【００５５】
モード寄与率表示手段２４は、弾性モード分離手段２３による分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードの変形がどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を表示する。モード寄与率表示手段２４は、制御部１１によってモード寄与率が算出され、表示部１６がモード寄与率をディスプレイ装置に表示する。ｋ次の弾性モードのモード寄与率は、ｋ次の弾性モードの０Ｈｚの周波数応答／採用した全ての弾性モードの０Ｈｚの周波数応答の総和×１００（％）、で算出される。
【００５６】
図７は、モード寄与率の表示の一例を示す図である。図７に示す例は、構造物３が車体フレームであって、サスペンション取り付け点の自己周波数応答関数の０Ｈｚのモード次数とモード寄与率を示している。車両開発において低次の変形に対する剛性評価が経験的に行われている。図７に示す例では、１、３、４次の弾性変形に対策をすれば良いということが分かる。
【００５７】
尚、モード寄与率は、表示部１６に表示するだけでなく、ネットワーク１９を介して他のコンピュータに送信しても良いし、プリンタ等に送信して印刷出力しても良い。
【００５８】
アニメーション表示手段２５は、各弾性モードにおける構造物の変形の様子をアニメーションとして表示する。アニメーション表示手段２５は、制御部１１によって各弾性モードにおける構造物３の変形を時系列で算出し、表示部１６が弾性モードごとのアニメーションとしてディスプレイ装置に表示する。
【００５９】
図８は、低次の変形の一例を示す図である。図８では、（１）１次上下曲げ変形、（２）１次ねじり変形、（３）１次横曲げ変形、が示されている。車両運動に関連する弾性モードの変形は、図８に示すように低次の曲げ、ねじりであることが経験的に知られている。ユーザは、アニメーション表示手段２５によって表示されるアニメーションを考察し、各弾性モードがどの変形に当たるかを判別する。例えば、ユーザは、図６に示すような１次〜３次の弾性モードが、図８に示すような変形のどれに当たるかを判別する。
【００６０】
ユーザが各弾性モードと変形の種類とを対応づけて、剛性評価支援装置１が図７に示すような弾性モードごとのモード寄与率を提示することで、ユーザは詳細な剛性評価を行うことができる。すなわち、個々の弾性モードを比較し、全体の剛性に対する曲げ剛性の割合、曲げ剛性とねじり剛性の比較等、従来ではできなかった剛性比較を行うことが可能である。
【００６１】
図９は、本発明の実施の形態に係る剛性評価の流れを示すフローチャートである。
【００６２】
ユーザは、図３に示すシステムにおいて、自由支持条件の下での加振試験を行う（Ｓ１０１）。ＦＦＴアナライザ９は、周波数応答関数の計測を行う（Ｓ１０２）。剛性評価支援装置１の制御部１１は、周波数応答関数入力手段２１によって、周波数応答関数の入力を行い、曲線適合処理実行手段２２によって、周波数応答関数の曲線適合処理を行う（Ｓ１０３）。
【００６３】
次に、ユーザは、剛性評価支援装置１の制御部１１がアニメーション表示手段２５によって表示部１６に表示するアニメーションを考察し、弾性モードがどの変形に当たるかを判別する（Ｓ１０４）。判別結果は、入力部１５を介して入力し、記憶部１２に記憶させても良い。
【００６４】
剛性評価支援装置１の制御部１１は、弾性モード分離手段２３によって弾性モード分離処理を行い（Ｓ１０５）、モード寄与率表示手段２４によってモード寄与率表示処理を行う（Ｓ１０６）。ここで、剛性評価支援装置１の制御部１１は、Ｓ１０４における判別結果とモード寄与率を合わせて表示し、弾性モードの寄与率と変形の種類とが対応付けられて表示されるようにしても良い。そして、ユーザは、これらの表示内容に基づいて、弾性モードごとの剛性評価を行う（Ｓ１０７）。
【００６５】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、運動中の構造物の剛性評価を支援するために、剛性評価支援装置１は、自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力し、入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行し、曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離し、分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を表示する。
【００６６】
本発明の実施の形態では、加振試験自体には特別な器具を必要としないことから、様々な構造物に適用可能である。また、弾性モードごとのモード寄与率を提示できることから、詳細な剛性評価を行うことが可能である。
【００６７】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る剛性評価支援装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】２自由度のばね−質量系を示す図
【図２】車体フレームの各試験の変形の一例を示す図
【図３】構造物の剛性評価を行うシステムの一例を示す図
【図４】剛性評価支援装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図
【図５】剛性評価支援装置１の機能の概要を示すブロック図
【図６】弾性モードの分離を示す模式図
【図７】モード寄与率の表示の一例を示す図
【図８】低次の変形の一例を示す図
【図９】本発明の実施の形態に係る剛性評価の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
【００６９】
１………剛性評価支援装置
３………構造物
５………加速度センサ
７………ハンマー
９………ＦＦＴアナライザ
１１………制御部
１２………記憶部
１３………メディア入出力部
１４………通信制御部
１５………入力部
１６………表示部
１７………周辺機器Ｉ／Ｆ部
１８………バス
１９………ネットワーク
２１………周波数応答関数入力手段
２２………曲線適合実行手段
２３………弾性モード分離手段
２４………モード寄与率表示手段
２５………アニメーション表示手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援装置であって、
自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数入力手段と、
前記周波数応答関数入力手段によって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行手段と、
前記曲線適合実行手段によって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離手段と、
前記弾性モード分離手段による分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を出力するモード寄与率出力手段と、
を具備することを特徴とする剛性評価支援装置。
【請求項２】
前記弾性モード分離手段は、０Ｈｚの周波数応答から剰余質量を無視して各弾性モードに分離することを特徴とする請求項１に記載の剛性評価支援装置。
【請求項３】
各弾性モードにおける構造物の変形の様子をアニメーションとして表示するアニメーション表示手段、を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の剛性評価支援装置。
【請求項４】
運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援方法であって、
自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数入力ステップと、
前記周波数応答関数入力ステップによって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行ステップと、
前記曲線適合実行ステップによって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離ステップと、
前記弾性モード分離ステップによる分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を出力するモード寄与率出力ステップと、
を具備することを特徴とする剛性評価支援方法。
【請求項５】
コンピュータを請求項１に記載の剛性評価支援装置として機能させるプログラム。
【請求項１】
運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援装置であって、
自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数入力手段と、
前記周波数応答関数入力手段によって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行手段と、
前記曲線適合実行手段によって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離手段と、
前記弾性モード分離手段による分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を出力するモード寄与率出力手段と、
を具備することを特徴とする剛性評価支援装置。
【請求項２】
前記弾性モード分離手段は、０Ｈｚの周波数応答から剰余質量を無視して各弾性モードに分離することを特徴とする請求項１に記載の剛性評価支援装置。
【請求項３】
各弾性モードにおける構造物の変形の様子をアニメーションとして表示するアニメーション表示手段、を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の剛性評価支援装置。
【請求項４】
運動中の構造物の剛性評価を支援する剛性評価支援方法であって、
自由支持条件の下で行う加振試験の周波数応答関数を入力する周波数応答関数入力ステップと、
前記周波数応答関数入力ステップによって入力された周波数応答関数の曲線適合処理を実行する曲線適合実行ステップと、
前記曲線適合実行ステップによって実行された曲線適合処理後の０Ｈｚの周波数応答を各弾性モードに分離する弾性モード分離ステップと、
前記弾性モード分離ステップによる分離結果に基づいて、０Ｈｚの変形に各弾性モードがどの程度寄与しているかを示すモード寄与率を出力するモード寄与率出力ステップと、
を具備することを特徴とする剛性評価支援方法。
【請求項５】
コンピュータを請求項１に記載の剛性評価支援装置として機能させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−４８７４１（Ｐ２０１０−４８７４１Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１５０３３（Ｐ２００８−２１５０３３）
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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