蓄積疲労算出方法およびこの蓄積疲労算出方法を用いた振動試験方法
【課題】 構造体に非ガウス型の振動が加わっている場合でも、その蓄積疲労を正確に算出するとともに、周波数ごとの蓄積疲労の算出を簡便に行うことを目的とする。
【解決手段】 振動環境下に置かれた輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労を算出するための蓄積疲労算出方法であって、第２の加速度センサ５により得られる輸送品Ｐの振動加速度の時系列波形データを計測する第１のステップと、計測した前記振動加速度の時系列波形データに基づき、レインフロー法により変動する前記振動加速度の蓄積疲労に寄与する振幅Ｓｉを順次抽出する第２のステップと、前記振幅Ｓｉごとに、その時間軸方向の幅Ｔｎを計測することによって周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する第３のステップと、前記周波数ｆｎごとに、前記振幅Ｓｉとその大きさごとの発生頻度Ｎｉとに基づいて、構造体に生ずる蓄積疲労を算出する第４のステップとを備えることを特徴とする。
【解決手段】 振動環境下に置かれた輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労を算出するための蓄積疲労算出方法であって、第２の加速度センサ５により得られる輸送品Ｐの振動加速度の時系列波形データを計測する第１のステップと、計測した前記振動加速度の時系列波形データに基づき、レインフロー法により変動する前記振動加速度の蓄積疲労に寄与する振幅Ｓｉを順次抽出する第２のステップと、前記振幅Ｓｉごとに、その時間軸方向の幅Ｔｎを計測することによって周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する第３のステップと、前記周波数ｆｎごとに、前記振幅Ｓｉとその大きさごとの発生頻度Ｎｉとに基づいて、構造体に生ずる蓄積疲労を算出する第４のステップとを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動環境下に置かれた構造体に生ずる蓄積疲労を算出するための蓄積疲労算出方法、および、この蓄積疲労算出方法を用いて、自動車、鉄道車両などの輸送手段に積載される構造体などの輸送品の振動に対する耐久性を評価するための振動試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両、鉄道、航空機などの輸送手段に搭載される貨物、機器などの構造体に対しては、事前に振動試験を行うことにより、その耐久性を評価することが従来から行われている。このような振動試験として、例えば特許文献１に開示されている方法が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の振動試験方法は、実輸送時に車両などの輸送手段で発生する振動を予め計測しておき、この振動を振動試験機で再現することにより構造体を振動させる。そして、この振動により構造体に発生するパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を計測し、この計測されたＰＳＤを所望の周波数帯域ごとに分割した後、逆フーリエ変換によって上記周波数帯域ごとに振動波形データを導出し、この振動波形データに基づいて、実輸送時に構造体に蓄積される蓄積疲労を上記周波数帯域ごとに算出する。この算出した蓄積疲労を目標蓄積疲労とし、振動試験では、実輸送時よりも大きいＰＳＤを有する振動を構造体に、構造体に生じる蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるまで加え、このとき、輸送品に損傷が発生しているか否かを検査することによって、実輸送時に構造体に損傷が発生するか否かを予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８１１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の振動試験方法では、蓄積疲労を算出する際に導出した上記周波数帯域ごとの振動波形データを、その確率密度関数が正規分布となるガウス型の振動と仮定している。すなわち、上記した特許文献１では、構造体の蓄積疲労を算出する際に、各振動波形データの振動加速度のピーク位置の分布がレイリー分布に従っているとして、下記の数式（１）を用いて構造体の蓄積疲労を算出している。なお、αは構造体固有の値を、βは蓄積疲労を、ｆは期待振動数を、σは振動加速度の瞬時値に関する確率密度関数の標準偏差を、Ｔは実輸送時間を、Γはガンマ関数を、それぞれ示している。
【０００６】
【数１】
【０００７】
しかし、実際の輸送時に輸送手段に生ずる振動は、その確率密度関数が必ずしも正規分布になっていない非ガウス型の振動であることが認識されている。具体的には、ガウス型の振動ではその尖度が３を示すのに対し、実振動では３以外の尖度を示すことが認識されている。よって、従来の方法による蓄積疲労の算出方法では、実際に構造体に非ガウス型の振動が加わっているとすると、その蓄積疲労を正確に算出することができないという問題が生じる。
【０００８】
そのうえ、上記した特許文献１に記載の振動試験方法では、所定の周波数帯域ごとに構造体に生ずる振動波形データを導出し、その後、それぞれの周波数帯域ごとに振動波形データに基づき蓄積疲労を算出しているため、周波数帯域ごとの蓄積疲労を算出するのに非常に手間がかかるという問題も有している。
【０００９】
本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、構造体に非ガウス型の振動が加わっている場合でも、その蓄積疲労を正確に算出することができるとともに、周波数ごとの蓄積疲労の算出を簡便に行うことが可能な蓄積疲労算出方法、および、この蓄積疲労算出方法を用いた振動試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による蓄積疲労算出方法は、振動環境下に置かれた構造体に生ずる蓄積疲労を算出するためのものであって、構造体の振動を検出するセンサにより得られる構造体の振動検出値の時系列波形データを計測する第１のステップと、計測した前記振動検出値の時系列波形データに基づき、変動する前記振動検出値の蓄積疲労に寄与する振幅Ｓｉを順次抽出する第２のステップと、前記振幅Ｓｉごとに、その時間軸方向の幅Ｔｎを計測することによって周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する第３のステップと、前記周波数ｆｎごとに、前記振幅Ｓｉとその大きさごとの発生頻度Ｎｉとに基づいて、構造体に生ずる蓄積疲労を算出する第４のステップとを備えることを特徴とする。この疲労蓄積方法によれば、構造体に加わる振動が非ガウス型の振動であっても、振動により生ずる蓄積疲労を周波数ごとに算出することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様においては、前記第２のステップでは、振動検出値のピーク位置の山部ピークを順次抽出して各山部ピークの振動検出値を検出するとともに、谷部ピークを順次抽出して各谷部ピークの振動検出値を検出した後、隣接する山部ピークおよび谷部ピークの振動検出値の差を算出してこの差を前記振動検出値の振幅Ｓｉとして設定し、前記第３のステップでは、隣接する山部ピークと谷部ピークとの時間間隔を計測してこの時間間隔を前記時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の好ましい実施態様においては、前記第２のステップでは、レインフロー法に基づいて前記振動検出値のピーク位置とこれに対応する底部位置を順次抽出し、前記ピーク位置およびこれに対応する底部位置の振動検出値の差を算出してこの差を前記振動検出値の振幅Ｓｉとして設定し、前記第３のステップでは、対応するピーク位置と底部位置との時間間隔を計測してこの時間間隔を前記時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することを特徴とする。なお、前記振動検出値の振幅Ｓｉを抽出する方法としては、レンジ法、レンジペア法など、その他のサイクルカウント法を用いることができる。
【００１３】
本発明による振動生成方法は、振動体に載置される構造体の振動耐久性を評価するための振動試験方法であって、振動体に生ずる振動の振動条件に基づいて、構造体に付与する振動の基準用振動条件を決定する試験仕様設定ステップと、前記基準用振動条件の振動によって構造体に生ずる蓄積疲労を、上記した蓄積疲労算出方法により周波数ごとに算出し、これを目標蓄積疲労とする基準値取得ステップと、希望する試験時間を設定して構造体を前記試験時間振動させたとき、前記基準値取得ステップと同様にして算出した前記試験時間内に構造体に生ずる周波数ごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるように、構造体に付与する振動の試験用振動条件を決定する試験条件決定ステップと、前記試験条件決定ステップで得られた試験用振動条件および試験時間に基づいて構造体を振動させて、構造体の破損の有無を判別する振動付与ステップとを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の上記した構成において、「振動体」としては、例えば、機器や部品、貨物などを輸送する車両や鉄道、飛行機などの輸送手段が挙げられ、本発明は、このような輸送手段により輸送される輸送品の振動耐久性を評価するために用いられるが、必ずしもそれに限られるものではない。例えば、作動中、常に振動が加わる装置などに搭載される機器や部品などの振動耐久性を評価するためにも適用することができる。
【００１５】
この振動試験方法によれば、振動体に発生する振動が非ガウス型の振動であったとしても、構造体について実輸送環境に即した高精度な振動耐久性の評価を行うことができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様は、前記試験条件決定ステップでは、構造体に付与する振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度と各周波数成分ｆｋについて与える位相角Φｋとを適宜設定することにより、前記試験時間内に構造体に生ずる周波数ごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるような試験用振動条件を決定することを特徴とする。
【００１７】
本発明のさらに好ましい実施態様は、前記試験条件決定ステップでは、各周波数成分ｆｋの位相角の遅れを表す位相差ΔΦ（ΔΦ＝Φ（ｋ＋１）−Φｋ）の確率密度分布（ただし、０≦ΔΦ≦２π）を適宜設定し、この確率密度分布に基づき各周波数成分間の位相差ΔΦを算出して各周波数成分ｆｋの位相角Φｋを設定することを特徴とする。
【００１８】
本発明の他のさらに好ましい実施態様は、前記試験条件決定ステップでは、各周波数成分ｆｋの位相角Φｋを、角振動数ωと、初期位相Φ０（０≦Φ０≦２π）と、平均μおよび分散σ２をもとにした正規乱数Ｎ（μ，σ２）を用いて算出される群遅延時間ｔｋとで表した数式：Φ（ｋ＋１）＝Φｋ＋ｔ（ｋ＋１）ｄωにより設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の蓄積疲労算出方法によれば、構造体に加わる振動が非ガウス型の振動であっても、その蓄積疲労を周波数ごとに算出することができる。また、本発明の振動試験方法によれば、振動体に発生する振動が非ガウス型の振動であったとしても、振動体に載置される構造体に対して、実輸送環境に即した高精度な振動耐久性の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の振動試験方法を実施する振動試験機の機略構成図である。
【図２】本発明の振動試験方法の概要を説明するためのフローチャートである。
【図３】試験仕様設定ステップを説明するためのフローチャートである。
【図４】実輸送の輸送経路の一例を模式的に示す図である。
【図５】基準値取得ステップを説明するためのフローチャートである。
【図６】輸送品に生じる振動の一例を示す振動波形データである。
【図７】レインフロー法による振幅の抽出方法を説明するための図である。
【図８】振幅の大きさおよび時間軸方向の幅の算出方法を説明するための図である。
【図９】輸送品に生じる目標蓄積疲労の一例を示す図である。
【図１０】段積み状態の輸送品に生じる目標蓄積疲労の一例を示す図である。
【図１１】試験条件決定ステップを説明するためのフローチャートである。
【図１２】実蓄積疲労と目標蓄積疲労との比較例を示した図である。
【図１３】図１１のステップ３３の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図１４】位相差の確率密度分布の一例を示す図である。
【図１５】図１１のステップ３３の第２実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。本発明の蓄積疲労算出方法は、振動環境下に置かれた構造体に生ずる蓄積疲労を算出するためのものである。また、本発明の振動試験方法は、例えば、車両、鉄道、飛行機などの輸送手段に積載される輸送品Ｐが、輸送中の振動（以下、「実振動」という。）によって受ける損傷の有無を予測するためのものであり、本発明の蓄積疲労算出方法を用いることを特徴としている。前記輸送品Ｐとしては、例えば精密機器などの構造体が該当し、このような輸送品Ｐは、通常、緩衝材とともに、箱などの容器に収納された状態で輸送される。緩衝材は、発泡材料、紙、木材などで形成され、容器内面と輸送品Ｐとの間に配置される。
【００２２】
図１は、本発明の一実施例である振動試験方法で使用される振動試験装置１の概略構成を示している。振動試験装置１は、輸送品Ｐが載置される振動台２と、所定の加速度の振動を振動台２に付与することが可能な加振機３と、加振機３の作動を制御する制御装置１０とを備えている。前記輸送品Ｐは、振動台２上に、緩衝材６により支持された状態で配置される。
【００２３】
振動台２および輸送品Ｐには、これらの振動を検出する加速度センサ４，５がそれぞれ取り付けられている。各加速度センサ４，５は、検出した振動台２および輸送品Ｐの振動加速度を制御装置１０に出力する。なお、輸送品Ｐに取り付ける第２の加速度センサ５は、輸送品Ｐの複数部位に取り付けるようにしてもよい。また、複数の輸送品Ｐを多段積みにする場合には、段積みされた各輸送品Ｐごとに第２の加速度センサ５を取り付けるようにしてもよい。
【００２４】
なお、本実施例では、輸送品Ｐの振動検出値として振動加速度を用いているが、その他、振動により輸送品Ｐに生ずるひずみ、応力、荷重などを振動検出値として用いることも可能である。
【００２５】
制御装置１０は、制御、演算の主体であるＣＰＵ１３、記憶手段であるＲＯＭ１４、ＲＡＭ１５の他に、表示部１１、入力部１２、およびメモリ部１６を備えており、それぞれはバス１９を介して接続されている。この制御装置１０は、例えばパーソナルコンピュータなどの情報処理装置により構成され、Ａ／Ｄ変換器１７を介して第１の加速度センサ４および第２の加速度センサ５に接続されるとともに、Ｄ／Ａ変換器１８を介して加振機３に接続される。
【００２６】
表示部１１は、液晶モニタやＣＲＴモニタなどで構成される。入力部１２は、マウス、入力キー、タッチパネルなどで構成される。ＲＯＭ１４は、ＣＰＵ１３が実行するプログラムの他、各種データなどを格納する。ＲＡＭ１５は、プログラムの実行時に必要なデータの読み書きに用いられる。
【００２７】
メモリ部１６には、予め各種の輸送手段による輸送経路ごとに計測された実振動の振動波形データ、これを基に算出される実振動の振動加速度についての確率密度関数、ＰＳＤ（ Power Spectrum Density：パワースペクトル密度）、尖度および歪度などの各種情報を格納する。また、入力部１２からの入力情報、第１の加速度センサ４および第２の加速度センサ５による振動検出値のデータ、ＣＰＵ１３による蓄積疲労の算出の際に使用するデータ処理方法や計算式、その演算情報などの各種情報を格納する。
【００２８】
ＣＰＵ１３は、ＲＯＭ１４に格納されたプログラムに従ってＲＡＭ１５に対するデータの読み書きを行いつつ、振動試験で再現する振動の振動波形データを生成し、これを加振機３に付与して振動台２を振動させることで輸送品Ｐについての振動試験を行い、その耐久性を評価する。
【００２９】
次に、上記振動試験装置１を用いた輸送品Ｐの振動試験方法について説明する。本実施例の振動試験方法の大まかな流れは、図２にフローチャートで示すとおりである。なお、同図において、ＳＴは「ステップ（ＳＴＥＰ）」の略である。
【００３０】
まず、実輸送時に車両などの輸送手段に発生する実振動の振動条件に基づいて、輸送品Ｐに与える振動の基準用振動条件を決定する試験仕様設定ステップを行い、実振動を再現した振動を生成する（ステップ１）。
【００３１】
次に、前記試験仕様設定ステップで生成された前記基準用振動条件の振動を輸送品Ｐに与えることにより、輸送品Ｐに生じる蓄積疲労を、本発明の蓄積疲労算出方法（詳細は後述）により算出する基準値取得ステップを行い、本試験の試験条件の決定に用いるための基準値（目標蓄積疲労）を求める（ステップ２）。
【００３２】
そして、希望する試験時間を設定し、この試験時間の間、輸送品Ｐを振動させたとき、輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるように、輸送品Ｐに与える振動の試験用振動条件を決定する試験条件決定ステップを行い、本試験の試験条件（試験用振動条件および試験時間）を決定する（ステップ３）。
【００３３】
最後に、前記試験条件決定ステップで決定した試験用振動条件および試験時間に基づいて、輸送品Ｐを振動させる振動付与ステップを行い、本試験を行う（ステップ４）。以下、ステップごとに詳細に説明する。
【００３４】
（１）試験仕様設定ステップ（ステップ１）
図３に示すフローチャートを適宜参照しながら、試験仕様設定ステップを説明する。
【００３５】
まず、ステップ１０では、ＣＰＵ１３は、実輸送時に輸送手段（例えば、車両）に生じる実振動の一定時間の振動波形データをフーリエ変換して、周波数成分ｆｋごとのＰＳＤを算出する処理を行う。この振動波形データは、例えば、実輸送時における被輸送品Ｐの載置面（例えば、車両の荷台など）の振動加速度を、振動記録計により実際に計測することにより得られる。
【００３６】
また、実振動の振動波形データから、振動波形データの特徴を表すパラメータである尖度と歪度とを算出する処理を行う。ここで、尖度とは振動加速度の度数分布の急峻度（尖っている度合い）を表す特徴量であり、歪度とは振動加速度の度数分布の非対称性を表す特徴量であり、どちらも統計学で用いられる一般的な指標である。これらのデータはメモリ部１６に格納される。なお、ここでは、車両について言及しているが、各種の輸送手段（鉄道や飛行機、台車など）に発生する実振動の振動波形データを計測しておき、各振動波形データからＰＳＤ、尖度、歪度などを算出して、輸送手段ごとにメモリ部１６に格納しておく。
【００３７】
次のステップ１１では、ＣＰＵ１３は、これら算出したＰＳＤに基づき、各周波数成分ｆｋ各々について、以下の数式（２）を用いて、その振幅Ｘｋを算出する処理を行う。なお、本明細書においては、ｋを各周波数成分へのインデックスとしている。
【００３８】
【数２】
【００３９】
次に、ステップ１２において、ＣＰＵ１３は、各周波数成分fk各々について位相角Φkを設定する処理を実行する。ここでは、実振動の振動波形データから求められる尖度および歪度を目標値として、生成する振動波形データの尖度および歪度が前記目標値と一致するように、各周波数成分ｆｋについて位相角Φkを設定する。この各周波数成分ｆｋについての位相角Φkの設定は、本願の出願人が特願２００９−０５１９４０号で提案した方法により行うことができる。なお、この特許出願を本願明細書に参考のため援用する。
【００４０】
そして、ステップ１３において、ＣＰＵ１３は、振幅Ｄｋおよび位相角Φｋが設定された各周波数成分ｆｋを逆フーリエ変換することにより、振動波形データを生成し、次のステップにおいて輸送品Ｐに与える振動の基準用振動条件を決定する。
【００４１】
この試験仕様設定ステップによれば、生成される振動は、実輸送時に輸送手段に生ずる実振動のＰＳＤと同じＰＳＤを有しているとともに、その尖度、さらには歪度が、実振動の振動波形データから求められる尖度および歪度とほぼ一致する。よって、この試験仕様設定ステップによれば、実輸送時に輸送手段に生じる実振動（特に非ガウス型の振動）を高精度に再現可能であり、実輸送に近い振動環境の下、輸送品Ｐの振動試験を行うことができるようになる。
【００４２】
なお、実輸送においては、輸送品Ｐが単一の輸送手段のみによって輸送されるケースは少なく、複数の輸送手段を乗り継いで輸送されるのが一般的である。よって、例えば、実輸送の輸送経路が、図４に示すように、複数のシナリオａ１〜ａ５によって構成されている場合には、輸送経路を、{a1 and (a2 or a3) and a4} or a5 で表し、各シナリオａ１〜ａ５に対応する実振動の振動波形データに基づいて、各シナリオａ１〜ａ５ごとに実振動を再現した振動波形データを生成し、これらを組み合わせることにより、実輸送に対応する振動波形データを作成して、輸送品Ｐに与える振動の基準用振動条件を決定するようにする。
【００４３】
（２）基準値取得ステップ（ステップ２）
図５に示すフローチャートを適宜参照しながら、基準値取得ステップを説明する。
【００４４】
まず、ステップ２０において、ＣＰＵ１３は、上記試験仕様設定ステップで生成した振動波形データに基づき振動台２を振動させて、実振動を再現した振動を輸送品Ｐに与える。そして、輸送品Ｐに取り付けられた第２の加速度センサ５によって、図６に示すような、この振動によって輸送品Ｐに生ずる振動加速度の時系列波形データを計測する。なお、輸送品Ｐが小型であり、輸送品Ｐに加速度センサを直接取り付けることができないような場合などには、振動台２に取り付けた第１の加速度センサ４によって、輸送品Ｐに生ずる振動加速度の時系列波形データを計測するようにしてもよい。
【００４５】
また、輸送品Ｐが、実輸送時に段積み状態で輸送される場合には、輸送品Ｐを実際に段積みした状態（例えば、２段積みの状態）で振動台２上に載置し、段積みされた各輸送品Ｐごとに、第２の加速度センサ５によって、輸送品Ｐに生ずる振動加速度の時系列波形データを計測する。
【００４６】
次のステップ２１において、ＣＰＵ１３は、計測された輸送品Ｐの振動加速度の時系列波形データから、変動する振動加速度の蓄積疲労に寄与する振幅Ｓｉを順次抽出する処理を行う。
【００４７】
本実施例では、図７に示すように、レインフロー法によって、上記の振幅Ｓｉを抽出している。図７に示す振動波形は、図６に示す振動波形の一部を取り出したものであり、横軸は振動加速度であり、縦軸は時間である。
【００４８】
レインフロー法では、図７に示すように、縦軸を時間軸とする振動波形を想定し、この振動波形を多重になった屋根構造にみたて、各屋根の付け根の位置（ピーク位置）Ｐ１，Ｐ２・・・から山と谷の番号順に雨滴を流すことを想像する。雨滴は、以下の３条件を満たして流れ落ち停止するものとする。
【００４９】
雨滴は、屋根の付け根の位置から番号順に流れ始め、停止条件が満たされるまで下の屋根に流れ落ち続ける（条件１）。また、軒先から落下中の雨滴は次の２つの停止条件の一方を満足したときに落下を停止する（条件２）。右向きの流れの場合には、右向きに流れる雨滴の出発点より左側に他の屋根の軒先が現れたときに停止する（停止条件１）。一方、左向きの流れの場合には、左向きに流れる雨滴の出発点より右側に他の屋根の軒先が現れたときには停止する（停止条件２）。例えば、図７に示すＰ７からＰ８へ流れる雨滴は、Ｐ７よりも左側にあるＰ９が現れたためにＰ８で停止する。さらに、屋根の一部を既に雨滴が流れていたらその流れは停止する（条件３）。例えば、Ｐ３からＰ４への流れは、Ｐ１からの流れにぶつかるためＰ２と同じ横位置（Ｐ２’）で停止する。
【００５０】
ＣＰＵ１３は、上記したレインフロー法により、図７に示すように、各屋根の付け根のピーク位置Ｐｉ（ｉ＝１，２・・・）から雨滴が停止した位置をそれぞれ抽出し、その停止位置を各ピーク位置Ｐｉに対応する底部位置Ｂｉとして抽出する。そして、ＣＰＵ１３は、各ピーク位置Ｐｉおよび各底部位置Ｂｉの横座標を測定して、各ピーク位置Ｐｉおよび各底部位置Ｂｉの振動加速度をそれぞれ検出する。そして、図８に示すように、各ピーク位置Ｐｉの振動加速度とこれに対応する各底部位置Ｂｉの振動加速度との差の絶対値を算出して、この絶対値を前記振幅Ｓｉとして設定する（図示例では、ピーク位置Ｐ１と底部位置Ｂ１、および、ピーク位置Ｐ５と底部位置Ｂ５についての例を示している）。
【００５１】
次に、ＣＰＵ１３は、ステップ２２において、図８に示すように、各ピーク位置Ｐｉとこれに対応する各底部位置Ｂｉとの間の時間間隔ｔｎを計測し、この時間間隔ｔｎを前記振幅Ｓｉの時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することにより、前記振幅Ｓｉごとに周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する処理を行う。そして、周波数ｆｎごとに前記振幅Ｓｉを振り分け、振幅Ｓｉの大きさごとにその発生頻度（カウント数）Ｎｉを計数する。
【００５２】
最後に、ＣＰＵ１３は、ステップ２３において、疲労Ｓ−Ｎ曲線を利用した以下の数式（３）を用いることによって、周波数ｆｎごとに輸送品Ｐの蓄積疲労βを算出する処理を行う。これにより、図９に示すように、実輸送時に輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労βが周波数ｆｎごとに算出され、この算出した蓄積疲労を目標蓄積疲労とする。なお、下記数式（３）のαは加速係数であり、輸送品Ｐに固有の値である。
【００５３】
【数３】
【００５４】
なお、輸送品Ｐを実際に段積みした状態で振動させた場合には、図１０に示すように、段積みした輸送品Ｐごとに、蓄積疲労（Ａ），（Ｂ）を周波数ｆｎごとに算出する。そして、この算出した各蓄積疲労（Ａ），（Ｂ）をともに包含するような蓄積疲労（Ｃ）を算出し、この蓄積疲労（Ｃ）を目標蓄積疲労とする。これにより、実輸送時には輸送品Ｐが段積みされていても、以後の本試験では１段積みで、その振動に対する耐久性を評価することが可能となる。
【００５５】
また、実輸送の輸送経路が、図３に示すように、複数のシナリオａ１〜ａ５によって構成されている場合には、シナリオごとに算出した蓄積疲労をＡ１〜Ａ５とすると、実輸送において輸送品Ｐに生ずる目標蓄積疲労を、max[ sum{A1 , max(A2 , A3 ), A4}, A5]（max：最大値、sum：総和）とする。これにより、さまざまな実輸送において輸送経路が考えられる場合に、必要最小な蓄積疲労を周波数ごとに算出することができ、過剰試験および過小試験を回避できる。
【００５６】
この基準値設定ステップによれば、実輸送時に輸送手段に生ずる実振動が、その確率密度分布が正規分布となっていない非ガウス型の振動であったとしても、輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労を、周波数ｆｎごとに算出することが可能となる。また、実輸送時に輸送手段に生ずる実振動がガウス型の振動であったとしても、実際に輸送品Ｐに生ずる振動が非ガウス型の振動であった場合に、輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労を周波数ｆｎごとに算出することが可能である。
【００５７】
加えて、従来技術において記載した特許文献１に記載の振動試験方法のように、周波数ごとに構造体に生ずる振動加速度の時系列波形データを導出する必要もないので、簡便な方法で周波数ｆｎごとの蓄積疲労を算出することができる。
【００５８】
なお、本実施例では、レインフロー法により前記振幅Ｓｉを抽出するようにしているが、ピークカウント法、レンジ法、レンジペア法など、他のサイクルカウント法を用いて、振動加速度の蓄積疲労に寄与する前記振幅Ｓｉを抽出するようにしてもよい。
【００５９】
例えば、図７において、振動波形のピーク位置Ｐｉのうち、山部ピークＰ１，Ｐ３，Ｐ５・・・を順次抽出して各山部ピークＰ１，Ｐ３，Ｐ５・・・の振動加速度を検出するとともに、谷部ピークＰ２，Ｐ４，Ｐ６・・・を順次抽出して各谷部ピークＰ２，Ｐ４，Ｐ６・・・の振動加速度を検出する。そして、隣接する山部ピークおよび谷部ピーク（例えば、Ｐ１とＰ２、Ｐ２とＰ３など）の振動加速度の差を算出して、この差を前記振幅Ｓｉとして設定する。さらに、隣接する山部ピークと谷部ピークとの間の時間間隔を計測して、この時間間隔を前記振幅Ｓｉの時間軸方向の幅Ｔｎとして設定し、前記振幅Ｓｉごとに周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する。そして、周波数ｆｎごとに前記振幅Ｓｉを振り分け、前記振幅Ｓｉとその大きさごとの発生頻度Ｎｉとに基づいて、周波数ｆｎごとに輸送品Ｐの蓄積疲労βを算出するようにしてもよい。
【００６０】
（３）試験条件決定ステップ（ステップ３）
図１１に示すフローチャートを適宜参照しながら、試験条件決定ステップを説明する。
【００６１】
まず、ステップ３０において、ユーザが本試験において希望する輸送品Ｐの試験時間を入力する。この入力は、ＣＰＵ１３が表示部１１に表示する所定の設定画面において行うことができる。一般には、試験時間を短くすると、本試験が短時間で終了するために試験効率が向上する一方、実振動の振動条件と本試験の振動条件とが乖離して、試験精度が低下するおそれが生じ得る。
【００６２】
次に、ＣＰＵ１３は、入力された試験時間に基づいて、実際に本試験を行う場合の試験用振動条件を決定する。具体的には、希望する試験時間の間、輸送品Ｐを振動させたとき、前記基準値取得ステップと同様にして算出した前記試験時間内に輸送品Ｐに生ずる周波数ｆｎごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるように、輸送品Ｐに与える振動の振動条件を決定する。
【００６３】
ここで、従来では、この試験用振動条件を決定する際には、試験時間に応じて、ユーザが輸送品Ｐに与える振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度（初期ＰＳＤ）を適宜設定し、さらに、この各周波数成分ｆｋに位相角Φｋをランダムに与えて逆フーリエ変換を行うことにより振動波形データを生成する。そして、この生成した振動波形データに基づく振動を輸送品Ｐに設定した試験時間与え、この振動により輸送品Ｐに生ずる周波数ｆｎごとの蓄積疲労を算出して目標蓄積疲労と比較する。以下、このように、試験時間内の振動によって輸送品Ｐが受ける疲労を「実蓄積疲労」と称する。そして、初期ＰＳＤによる振動での実蓄積疲労に対する目標蓄積疲労の割合を算出し、この割合を基に、輸送品Ｐに与える振動のパワースペクトル密度を補正することで、実蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるようにしている。
【００６４】
しかし、この従来の方法では、上記した試験用振動条件を決定する際に、輸送品Ｐにガウス型の振動を与えることになるため、実蓄積疲労と目標蓄積疲労とが一致せず、特に、図１２に示すように、高周波数領域において、実蓄積疲労が目標蓄積疲労と一致しないことが確認される。そのため、本試験において、振動耐久性の評価精度が落ちるという問題がある。
【００６５】
そこで、本実施例では、輸送品Ｐに与える振動のパワースペクトル密度だけでなく、各周波数成分ｆｋに与える位相角Φｋを適宜設定して、輸送品Ｐに非ガウス型の振動を与えることにより、試験時間内に輸送品Ｐに生ずる実蓄積疲労を前記目標蓄積疲労と一致あるいは略一致させるようにしている。
【００６６】
図１１において、ステップ３１では、ユーザが輸送品Ｐに与える振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を適宜設定する。次に、ステップ３２では、ＣＰＵ１３は、これら設定されたＰＳＤに基づき、各周波数成分ｆｋ各々について、上記数式（２）を用いて、その振幅ｘｋを算出する処理を行う。次に、ＣＰＵ１３は、ステップ３３において、各周波数成分fk各々について位相角φkを設定する処理を実行する。
【００６７】
図１３は、図１１のステップ３３の位相角設定処理の第１実施形態を示しており、図１３に示すフローチャートを適宜参照しながら第１実施形態の位相各設定処理を説明する。この第１実施形態では、ＣＰＵ１３は、まず、ステップ３３Ａにおいて、各周波数成分ｆｋの位相角φｋの遅れ（位相差）Δφ（＝φ（ｋ＋１）−φｋ）の確率密度分布を予め設定する。このとき、位相差Δφの確率密度分布の形状は、図１４に示すように、位相差Δφの確率密度分布のピーク値の位置が、例えば、位相差の最大値２πと最小値０の中央部であるπの位置に位置するようにして位相差Δφの確率密度分布を作成する。この位相差Δφの確率密度分布の形状は、その底辺の長さＬを適宜調節することにより、変更が可能である。
【００６８】
次に、ＣＰＵ１３は、ステップ３３Ｂにおいて、作成した位相差Δφの確率密度分布を用いて各周波数成分間の位相差Δφをそれぞれ算出する処理を行い、最後に、基準とする周波数成分ｆ１の位相角φ１を適宜設定することによって、各周波数成分ｆｋ各々について、位相角φkを設定する処理を行う（ステップ３３Ｃ）。
【００６９】
図１１に戻って、ＣＰＵ１３は、ステップ３４において、振幅Ｄｋおよび位相角φｋが設定された各周波数成分ｆｋを逆フーリエ変換することにより、輸送品Ｐに与える振動の振動波形データを生成する。そして、この振動波形データに基づき振動台２を振動させて、輸送品Ｐに前記試験時間、振動を与える（ステップ３５）。
【００７０】
次に、ステップ３６において、輸送品Ｐに取り付けられた第２の加速度センサ５からの検出値に基づいて、前記基準値取得ステップと同様にして、本発明の蓄積疲労算出方法により、前記試験時間内に輸送品Ｐに生ずる周波数ｆｎごとの実蓄積疲労を算出する。そして、ＣＰＵ１３は、この実蓄積疲労を目標蓄積疲労と比較し（ステップ３７）、実蓄積疲労と目標蓄積疲労とが一致していなければ、ステップ３７が「ＮＯ」となってステップ３１に戻り、その差を基に、実蓄積疲労が目標蓄積疲労と一致するように、輸送品Ｐに与える振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度と位相角φｋとを補正する。
【００７１】
この操作を繰り返すことで、実蓄積疲労が目標蓄積疲労と一致または略一致すれば、ステップ３７は「ＹＥＳ」となってステップ３８に進み、ＣＰＵ１３は、求めたこの振動条件を試験用振動条件として設定する。
【００７２】
この第１実施形態では、生成される振動の尖度をコントロールすることができる。よって、この第１実施形態によれば、輸送品Ｐに与える振動を非ガウス型の振動とすることができるため、実蓄積疲労を目標蓄積疲労と一致あるいは略一致させること（高周波数領域においても）が可能となる。
【００７３】
図１５は、図１１のステップ３３の位相角設定処理の第２実施形態を示しており、図１５に示すフローチャートを適宜参照しながら第２実施形態の位相各設定処理を説明する。この第２実施形態は、各周波数成分ｆｋに位相角φｋを設定するために、群遅延時間ｔを導入したものである。ここで、群遅延時間ｔとは、一般的に、フーリエ変換された各成分波の位相角Φｋの遅れΔφ（＝φ（ｋ+１）−φｋ）を角振動数ωで微分したものを指し、ｔ＝ｄΦ／ｄω（ただし、ω＝２πｆ）で定義されるものである。この第２実施形態では、各周波数成分ｆｋの位相角φｋを、この群遅延時間ｔを用いた以下の数式（４）に基づいて設定している。
【００７４】
【数４】
【００７５】
具体的に、位相角Φｋの設定方法を説明すると、ＣＰＵ１３は、まず、ステップ３３Ｄにおいて、群遅延時間ｔｋの分布が正規分布に従っているとし、その平均μｔ（以下、「平均群遅延時間μｔ」という。）および分散σｔ２（以下、「分散群遅延時間σｔ２」という。）を適宜設定することにより、設定した平均群遅延時間μｔおよび分散群遅延時間σｔ２をもとに群遅延時間ｔの正規乱数Ｎ（μｔ、σｔ２）を発生させて、各周波数成分ｆｋ各々に対してそれぞれ群遅延時間ｔｋを算出する処理を行う（ステップ３３Ｅ）。
【００７６】
ここで、分散群遅延時間σｔ２は、成分波群の継続時間に対応している。平均群遅延時間μｔを一定にし、分散群遅延時間σｔ２を変化させると、生成される振動波形データは、分散群遅延時間σｔ２が大きくなればなるほど、振動の衝撃度が分散して振幅が小さくなり、振動波形データは定常波形となることが確認されている。よって、分散群遅延時間σｔ２は、生成される振動波形データの尖度と対応するパラメータであり、分散群遅延時間σｔ２を適切に設定することにより、生成される振動波形データの尖度をコントロールすることができる。
【００７７】
また、ＣＰＵ１３は、ステップ３３Ｆにおいて、初期位相φ０を[０〜２π]の間で適宜設定する処理を行う。ここで、初期位相φ０は成分波群の時間軸に関する上下対称性に対応している。分散群遅延時間σｔ２および平均群遅延時間μｔを一定にし、初期位相φ０を変化させると、生成される振動波形データは、初期位相φ０が変化することにより、時間軸に関する上下対称性、つまり歪度が変化することが確認されている。よって、初期位相φ0は、生成される振動波形データの歪度に対応するパラメータであり、初期位相φ０を適切に設定することにより、生成される振動波形データの歪度をコントロールすることができる。
【００７８】
ＣＰＵ１３は、ステップ３３Ｄ〜ステップ３３Ｆにおいて、分散群遅延時間σｔ２および平均群遅延時間μｔと、初期位相Φ０とを適宜設定する。そして、各周波数成分ｆｋ各々について群遅延時間ｔｋを正規乱数Ｎ（μｔ，σｔ２）を基に発生させて、次のステップ３３Ｇにおいて、上記数式（４）を用いて各周波数成分ｆｋについて位相角φkを設定する。
【００７９】
そして、ＣＰＵ１３は、振幅Ｄｋおよび位相角φｋが設定された各周波数成分ｆｋを逆フーリエ変換することにより(図１１のステップ３４)、輸送品Ｐに与える振動の振動波形データを生成する。そして、この振動波形データに基づき振動台２を振動させて、輸送品Ｐに前記試験時間、振動を与える（ステップ３５）。その後のステップ３６〜３８は、上記した第１実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００８０】
この第２実施形態では、生成される振動の尖度および歪度をコントロールすることができる。よって、この第２実施形態によれば、輸送品Ｐに与える振動を、第１実施形態よりさらに非ガウス型の振動に近づけることができるため、実蓄積疲労を目標蓄積疲労と一致あるいは略一致させること（高周波数領域においても）が可能となる。
【００８１】
（４）振動付与ステップ（ステップ４）
この振動付与ステップでは、輸送品Ｐを振動台２に載置した後、上記試験条件決定ステップで決定された試験条件（試験用振動条件および試験時間）の振動で振動台２を振動させることで、本試験を行う。そして、所定の試験時間の経過後、振動台２の振動を停止させて、輸送品Ｐについてその損傷状況を検査する。
【００８２】
このように、本実施例の振動試験方法では、輸送手段に生ずる振動が非ガウス型の振動であったとしても、輸送品Ｐに対して、高精度、かつ、実輸送環境に即した正確な振動耐久性の評価を行うことが可能である。
【００８３】
なお、本実施例においては、輸送手段により輸送される輸送品Ｐについて説明したが、輸送手段などの常に振動が加わる装置に搭載される機器や部品などに対しても、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 振動試験装置
４ 第１の加速度センサ
５ 第２の加速度センサ
１０ 制御装置
１３ ＣＰＵ
１４ ＲＯＭ
１５ ＲＡＭ
１６ メモリ部
Ｐ 輸送品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動環境下に置かれた構造体に生ずる蓄積疲労を算出するための蓄積疲労算出方法、および、この蓄積疲労算出方法を用いて、自動車、鉄道車両などの輸送手段に積載される構造体などの輸送品の振動に対する耐久性を評価するための振動試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両、鉄道、航空機などの輸送手段に搭載される貨物、機器などの構造体に対しては、事前に振動試験を行うことにより、その耐久性を評価することが従来から行われている。このような振動試験として、例えば特許文献１に開示されている方法が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の振動試験方法は、実輸送時に車両などの輸送手段で発生する振動を予め計測しておき、この振動を振動試験機で再現することにより構造体を振動させる。そして、この振動により構造体に発生するパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を計測し、この計測されたＰＳＤを所望の周波数帯域ごとに分割した後、逆フーリエ変換によって上記周波数帯域ごとに振動波形データを導出し、この振動波形データに基づいて、実輸送時に構造体に蓄積される蓄積疲労を上記周波数帯域ごとに算出する。この算出した蓄積疲労を目標蓄積疲労とし、振動試験では、実輸送時よりも大きいＰＳＤを有する振動を構造体に、構造体に生じる蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるまで加え、このとき、輸送品に損傷が発生しているか否かを検査することによって、実輸送時に構造体に損傷が発生するか否かを予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８１１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載の振動試験方法では、蓄積疲労を算出する際に導出した上記周波数帯域ごとの振動波形データを、その確率密度関数が正規分布となるガウス型の振動と仮定している。すなわち、上記した特許文献１では、構造体の蓄積疲労を算出する際に、各振動波形データの振動加速度のピーク位置の分布がレイリー分布に従っているとして、下記の数式（１）を用いて構造体の蓄積疲労を算出している。なお、αは構造体固有の値を、βは蓄積疲労を、ｆは期待振動数を、σは振動加速度の瞬時値に関する確率密度関数の標準偏差を、Ｔは実輸送時間を、Γはガンマ関数を、それぞれ示している。
【０００６】
【数１】
【０００７】
しかし、実際の輸送時に輸送手段に生ずる振動は、その確率密度関数が必ずしも正規分布になっていない非ガウス型の振動であることが認識されている。具体的には、ガウス型の振動ではその尖度が３を示すのに対し、実振動では３以外の尖度を示すことが認識されている。よって、従来の方法による蓄積疲労の算出方法では、実際に構造体に非ガウス型の振動が加わっているとすると、その蓄積疲労を正確に算出することができないという問題が生じる。
【０００８】
そのうえ、上記した特許文献１に記載の振動試験方法では、所定の周波数帯域ごとに構造体に生ずる振動波形データを導出し、その後、それぞれの周波数帯域ごとに振動波形データに基づき蓄積疲労を算出しているため、周波数帯域ごとの蓄積疲労を算出するのに非常に手間がかかるという問題も有している。
【０００９】
本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、構造体に非ガウス型の振動が加わっている場合でも、その蓄積疲労を正確に算出することができるとともに、周波数ごとの蓄積疲労の算出を簡便に行うことが可能な蓄積疲労算出方法、および、この蓄積疲労算出方法を用いた振動試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による蓄積疲労算出方法は、振動環境下に置かれた構造体に生ずる蓄積疲労を算出するためのものであって、構造体の振動を検出するセンサにより得られる構造体の振動検出値の時系列波形データを計測する第１のステップと、計測した前記振動検出値の時系列波形データに基づき、変動する前記振動検出値の蓄積疲労に寄与する振幅Ｓｉを順次抽出する第２のステップと、前記振幅Ｓｉごとに、その時間軸方向の幅Ｔｎを計測することによって周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する第３のステップと、前記周波数ｆｎごとに、前記振幅Ｓｉとその大きさごとの発生頻度Ｎｉとに基づいて、構造体に生ずる蓄積疲労を算出する第４のステップとを備えることを特徴とする。この疲労蓄積方法によれば、構造体に加わる振動が非ガウス型の振動であっても、振動により生ずる蓄積疲労を周波数ごとに算出することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様においては、前記第２のステップでは、振動検出値のピーク位置の山部ピークを順次抽出して各山部ピークの振動検出値を検出するとともに、谷部ピークを順次抽出して各谷部ピークの振動検出値を検出した後、隣接する山部ピークおよび谷部ピークの振動検出値の差を算出してこの差を前記振動検出値の振幅Ｓｉとして設定し、前記第３のステップでは、隣接する山部ピークと谷部ピークとの時間間隔を計測してこの時間間隔を前記時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の好ましい実施態様においては、前記第２のステップでは、レインフロー法に基づいて前記振動検出値のピーク位置とこれに対応する底部位置を順次抽出し、前記ピーク位置およびこれに対応する底部位置の振動検出値の差を算出してこの差を前記振動検出値の振幅Ｓｉとして設定し、前記第３のステップでは、対応するピーク位置と底部位置との時間間隔を計測してこの時間間隔を前記時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することを特徴とする。なお、前記振動検出値の振幅Ｓｉを抽出する方法としては、レンジ法、レンジペア法など、その他のサイクルカウント法を用いることができる。
【００１３】
本発明による振動生成方法は、振動体に載置される構造体の振動耐久性を評価するための振動試験方法であって、振動体に生ずる振動の振動条件に基づいて、構造体に付与する振動の基準用振動条件を決定する試験仕様設定ステップと、前記基準用振動条件の振動によって構造体に生ずる蓄積疲労を、上記した蓄積疲労算出方法により周波数ごとに算出し、これを目標蓄積疲労とする基準値取得ステップと、希望する試験時間を設定して構造体を前記試験時間振動させたとき、前記基準値取得ステップと同様にして算出した前記試験時間内に構造体に生ずる周波数ごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるように、構造体に付与する振動の試験用振動条件を決定する試験条件決定ステップと、前記試験条件決定ステップで得られた試験用振動条件および試験時間に基づいて構造体を振動させて、構造体の破損の有無を判別する振動付与ステップとを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明の上記した構成において、「振動体」としては、例えば、機器や部品、貨物などを輸送する車両や鉄道、飛行機などの輸送手段が挙げられ、本発明は、このような輸送手段により輸送される輸送品の振動耐久性を評価するために用いられるが、必ずしもそれに限られるものではない。例えば、作動中、常に振動が加わる装置などに搭載される機器や部品などの振動耐久性を評価するためにも適用することができる。
【００１５】
この振動試験方法によれば、振動体に発生する振動が非ガウス型の振動であったとしても、構造体について実輸送環境に即した高精度な振動耐久性の評価を行うことができる。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様は、前記試験条件決定ステップでは、構造体に付与する振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度と各周波数成分ｆｋについて与える位相角Φｋとを適宜設定することにより、前記試験時間内に構造体に生ずる周波数ごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるような試験用振動条件を決定することを特徴とする。
【００１７】
本発明のさらに好ましい実施態様は、前記試験条件決定ステップでは、各周波数成分ｆｋの位相角の遅れを表す位相差ΔΦ（ΔΦ＝Φ（ｋ＋１）−Φｋ）の確率密度分布（ただし、０≦ΔΦ≦２π）を適宜設定し、この確率密度分布に基づき各周波数成分間の位相差ΔΦを算出して各周波数成分ｆｋの位相角Φｋを設定することを特徴とする。
【００１８】
本発明の他のさらに好ましい実施態様は、前記試験条件決定ステップでは、各周波数成分ｆｋの位相角Φｋを、角振動数ωと、初期位相Φ０（０≦Φ０≦２π）と、平均μおよび分散σ２をもとにした正規乱数Ｎ（μ，σ２）を用いて算出される群遅延時間ｔｋとで表した数式：Φ（ｋ＋１）＝Φｋ＋ｔ（ｋ＋１）ｄωにより設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の蓄積疲労算出方法によれば、構造体に加わる振動が非ガウス型の振動であっても、その蓄積疲労を周波数ごとに算出することができる。また、本発明の振動試験方法によれば、振動体に発生する振動が非ガウス型の振動であったとしても、振動体に載置される構造体に対して、実輸送環境に即した高精度な振動耐久性の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の振動試験方法を実施する振動試験機の機略構成図である。
【図２】本発明の振動試験方法の概要を説明するためのフローチャートである。
【図３】試験仕様設定ステップを説明するためのフローチャートである。
【図４】実輸送の輸送経路の一例を模式的に示す図である。
【図５】基準値取得ステップを説明するためのフローチャートである。
【図６】輸送品に生じる振動の一例を示す振動波形データである。
【図７】レインフロー法による振幅の抽出方法を説明するための図である。
【図８】振幅の大きさおよび時間軸方向の幅の算出方法を説明するための図である。
【図９】輸送品に生じる目標蓄積疲労の一例を示す図である。
【図１０】段積み状態の輸送品に生じる目標蓄積疲労の一例を示す図である。
【図１１】試験条件決定ステップを説明するためのフローチャートである。
【図１２】実蓄積疲労と目標蓄積疲労との比較例を示した図である。
【図１３】図１１のステップ３３の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図１４】位相差の確率密度分布の一例を示す図である。
【図１５】図１１のステップ３３の第２実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。本発明の蓄積疲労算出方法は、振動環境下に置かれた構造体に生ずる蓄積疲労を算出するためのものである。また、本発明の振動試験方法は、例えば、車両、鉄道、飛行機などの輸送手段に積載される輸送品Ｐが、輸送中の振動（以下、「実振動」という。）によって受ける損傷の有無を予測するためのものであり、本発明の蓄積疲労算出方法を用いることを特徴としている。前記輸送品Ｐとしては、例えば精密機器などの構造体が該当し、このような輸送品Ｐは、通常、緩衝材とともに、箱などの容器に収納された状態で輸送される。緩衝材は、発泡材料、紙、木材などで形成され、容器内面と輸送品Ｐとの間に配置される。
【００２２】
図１は、本発明の一実施例である振動試験方法で使用される振動試験装置１の概略構成を示している。振動試験装置１は、輸送品Ｐが載置される振動台２と、所定の加速度の振動を振動台２に付与することが可能な加振機３と、加振機３の作動を制御する制御装置１０とを備えている。前記輸送品Ｐは、振動台２上に、緩衝材６により支持された状態で配置される。
【００２３】
振動台２および輸送品Ｐには、これらの振動を検出する加速度センサ４，５がそれぞれ取り付けられている。各加速度センサ４，５は、検出した振動台２および輸送品Ｐの振動加速度を制御装置１０に出力する。なお、輸送品Ｐに取り付ける第２の加速度センサ５は、輸送品Ｐの複数部位に取り付けるようにしてもよい。また、複数の輸送品Ｐを多段積みにする場合には、段積みされた各輸送品Ｐごとに第２の加速度センサ５を取り付けるようにしてもよい。
【００２４】
なお、本実施例では、輸送品Ｐの振動検出値として振動加速度を用いているが、その他、振動により輸送品Ｐに生ずるひずみ、応力、荷重などを振動検出値として用いることも可能である。
【００２５】
制御装置１０は、制御、演算の主体であるＣＰＵ１３、記憶手段であるＲＯＭ１４、ＲＡＭ１５の他に、表示部１１、入力部１２、およびメモリ部１６を備えており、それぞれはバス１９を介して接続されている。この制御装置１０は、例えばパーソナルコンピュータなどの情報処理装置により構成され、Ａ／Ｄ変換器１７を介して第１の加速度センサ４および第２の加速度センサ５に接続されるとともに、Ｄ／Ａ変換器１８を介して加振機３に接続される。
【００２６】
表示部１１は、液晶モニタやＣＲＴモニタなどで構成される。入力部１２は、マウス、入力キー、タッチパネルなどで構成される。ＲＯＭ１４は、ＣＰＵ１３が実行するプログラムの他、各種データなどを格納する。ＲＡＭ１５は、プログラムの実行時に必要なデータの読み書きに用いられる。
【００２７】
メモリ部１６には、予め各種の輸送手段による輸送経路ごとに計測された実振動の振動波形データ、これを基に算出される実振動の振動加速度についての確率密度関数、ＰＳＤ（ Power Spectrum Density：パワースペクトル密度）、尖度および歪度などの各種情報を格納する。また、入力部１２からの入力情報、第１の加速度センサ４および第２の加速度センサ５による振動検出値のデータ、ＣＰＵ１３による蓄積疲労の算出の際に使用するデータ処理方法や計算式、その演算情報などの各種情報を格納する。
【００２８】
ＣＰＵ１３は、ＲＯＭ１４に格納されたプログラムに従ってＲＡＭ１５に対するデータの読み書きを行いつつ、振動試験で再現する振動の振動波形データを生成し、これを加振機３に付与して振動台２を振動させることで輸送品Ｐについての振動試験を行い、その耐久性を評価する。
【００２９】
次に、上記振動試験装置１を用いた輸送品Ｐの振動試験方法について説明する。本実施例の振動試験方法の大まかな流れは、図２にフローチャートで示すとおりである。なお、同図において、ＳＴは「ステップ（ＳＴＥＰ）」の略である。
【００３０】
まず、実輸送時に車両などの輸送手段に発生する実振動の振動条件に基づいて、輸送品Ｐに与える振動の基準用振動条件を決定する試験仕様設定ステップを行い、実振動を再現した振動を生成する（ステップ１）。
【００３１】
次に、前記試験仕様設定ステップで生成された前記基準用振動条件の振動を輸送品Ｐに与えることにより、輸送品Ｐに生じる蓄積疲労を、本発明の蓄積疲労算出方法（詳細は後述）により算出する基準値取得ステップを行い、本試験の試験条件の決定に用いるための基準値（目標蓄積疲労）を求める（ステップ２）。
【００３２】
そして、希望する試験時間を設定し、この試験時間の間、輸送品Ｐを振動させたとき、輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるように、輸送品Ｐに与える振動の試験用振動条件を決定する試験条件決定ステップを行い、本試験の試験条件（試験用振動条件および試験時間）を決定する（ステップ３）。
【００３３】
最後に、前記試験条件決定ステップで決定した試験用振動条件および試験時間に基づいて、輸送品Ｐを振動させる振動付与ステップを行い、本試験を行う（ステップ４）。以下、ステップごとに詳細に説明する。
【００３４】
（１）試験仕様設定ステップ（ステップ１）
図３に示すフローチャートを適宜参照しながら、試験仕様設定ステップを説明する。
【００３５】
まず、ステップ１０では、ＣＰＵ１３は、実輸送時に輸送手段（例えば、車両）に生じる実振動の一定時間の振動波形データをフーリエ変換して、周波数成分ｆｋごとのＰＳＤを算出する処理を行う。この振動波形データは、例えば、実輸送時における被輸送品Ｐの載置面（例えば、車両の荷台など）の振動加速度を、振動記録計により実際に計測することにより得られる。
【００３６】
また、実振動の振動波形データから、振動波形データの特徴を表すパラメータである尖度と歪度とを算出する処理を行う。ここで、尖度とは振動加速度の度数分布の急峻度（尖っている度合い）を表す特徴量であり、歪度とは振動加速度の度数分布の非対称性を表す特徴量であり、どちらも統計学で用いられる一般的な指標である。これらのデータはメモリ部１６に格納される。なお、ここでは、車両について言及しているが、各種の輸送手段（鉄道や飛行機、台車など）に発生する実振動の振動波形データを計測しておき、各振動波形データからＰＳＤ、尖度、歪度などを算出して、輸送手段ごとにメモリ部１６に格納しておく。
【００３７】
次のステップ１１では、ＣＰＵ１３は、これら算出したＰＳＤに基づき、各周波数成分ｆｋ各々について、以下の数式（２）を用いて、その振幅Ｘｋを算出する処理を行う。なお、本明細書においては、ｋを各周波数成分へのインデックスとしている。
【００３８】
【数２】
【００３９】
次に、ステップ１２において、ＣＰＵ１３は、各周波数成分fk各々について位相角Φkを設定する処理を実行する。ここでは、実振動の振動波形データから求められる尖度および歪度を目標値として、生成する振動波形データの尖度および歪度が前記目標値と一致するように、各周波数成分ｆｋについて位相角Φkを設定する。この各周波数成分ｆｋについての位相角Φkの設定は、本願の出願人が特願２００９−０５１９４０号で提案した方法により行うことができる。なお、この特許出願を本願明細書に参考のため援用する。
【００４０】
そして、ステップ１３において、ＣＰＵ１３は、振幅Ｄｋおよび位相角Φｋが設定された各周波数成分ｆｋを逆フーリエ変換することにより、振動波形データを生成し、次のステップにおいて輸送品Ｐに与える振動の基準用振動条件を決定する。
【００４１】
この試験仕様設定ステップによれば、生成される振動は、実輸送時に輸送手段に生ずる実振動のＰＳＤと同じＰＳＤを有しているとともに、その尖度、さらには歪度が、実振動の振動波形データから求められる尖度および歪度とほぼ一致する。よって、この試験仕様設定ステップによれば、実輸送時に輸送手段に生じる実振動（特に非ガウス型の振動）を高精度に再現可能であり、実輸送に近い振動環境の下、輸送品Ｐの振動試験を行うことができるようになる。
【００４２】
なお、実輸送においては、輸送品Ｐが単一の輸送手段のみによって輸送されるケースは少なく、複数の輸送手段を乗り継いで輸送されるのが一般的である。よって、例えば、実輸送の輸送経路が、図４に示すように、複数のシナリオａ１〜ａ５によって構成されている場合には、輸送経路を、{a1 and (a2 or a3) and a4} or a5 で表し、各シナリオａ１〜ａ５に対応する実振動の振動波形データに基づいて、各シナリオａ１〜ａ５ごとに実振動を再現した振動波形データを生成し、これらを組み合わせることにより、実輸送に対応する振動波形データを作成して、輸送品Ｐに与える振動の基準用振動条件を決定するようにする。
【００４３】
（２）基準値取得ステップ（ステップ２）
図５に示すフローチャートを適宜参照しながら、基準値取得ステップを説明する。
【００４４】
まず、ステップ２０において、ＣＰＵ１３は、上記試験仕様設定ステップで生成した振動波形データに基づき振動台２を振動させて、実振動を再現した振動を輸送品Ｐに与える。そして、輸送品Ｐに取り付けられた第２の加速度センサ５によって、図６に示すような、この振動によって輸送品Ｐに生ずる振動加速度の時系列波形データを計測する。なお、輸送品Ｐが小型であり、輸送品Ｐに加速度センサを直接取り付けることができないような場合などには、振動台２に取り付けた第１の加速度センサ４によって、輸送品Ｐに生ずる振動加速度の時系列波形データを計測するようにしてもよい。
【００４５】
また、輸送品Ｐが、実輸送時に段積み状態で輸送される場合には、輸送品Ｐを実際に段積みした状態（例えば、２段積みの状態）で振動台２上に載置し、段積みされた各輸送品Ｐごとに、第２の加速度センサ５によって、輸送品Ｐに生ずる振動加速度の時系列波形データを計測する。
【００４６】
次のステップ２１において、ＣＰＵ１３は、計測された輸送品Ｐの振動加速度の時系列波形データから、変動する振動加速度の蓄積疲労に寄与する振幅Ｓｉを順次抽出する処理を行う。
【００４７】
本実施例では、図７に示すように、レインフロー法によって、上記の振幅Ｓｉを抽出している。図７に示す振動波形は、図６に示す振動波形の一部を取り出したものであり、横軸は振動加速度であり、縦軸は時間である。
【００４８】
レインフロー法では、図７に示すように、縦軸を時間軸とする振動波形を想定し、この振動波形を多重になった屋根構造にみたて、各屋根の付け根の位置（ピーク位置）Ｐ１，Ｐ２・・・から山と谷の番号順に雨滴を流すことを想像する。雨滴は、以下の３条件を満たして流れ落ち停止するものとする。
【００４９】
雨滴は、屋根の付け根の位置から番号順に流れ始め、停止条件が満たされるまで下の屋根に流れ落ち続ける（条件１）。また、軒先から落下中の雨滴は次の２つの停止条件の一方を満足したときに落下を停止する（条件２）。右向きの流れの場合には、右向きに流れる雨滴の出発点より左側に他の屋根の軒先が現れたときに停止する（停止条件１）。一方、左向きの流れの場合には、左向きに流れる雨滴の出発点より右側に他の屋根の軒先が現れたときには停止する（停止条件２）。例えば、図７に示すＰ７からＰ８へ流れる雨滴は、Ｐ７よりも左側にあるＰ９が現れたためにＰ８で停止する。さらに、屋根の一部を既に雨滴が流れていたらその流れは停止する（条件３）。例えば、Ｐ３からＰ４への流れは、Ｐ１からの流れにぶつかるためＰ２と同じ横位置（Ｐ２’）で停止する。
【００５０】
ＣＰＵ１３は、上記したレインフロー法により、図７に示すように、各屋根の付け根のピーク位置Ｐｉ（ｉ＝１，２・・・）から雨滴が停止した位置をそれぞれ抽出し、その停止位置を各ピーク位置Ｐｉに対応する底部位置Ｂｉとして抽出する。そして、ＣＰＵ１３は、各ピーク位置Ｐｉおよび各底部位置Ｂｉの横座標を測定して、各ピーク位置Ｐｉおよび各底部位置Ｂｉの振動加速度をそれぞれ検出する。そして、図８に示すように、各ピーク位置Ｐｉの振動加速度とこれに対応する各底部位置Ｂｉの振動加速度との差の絶対値を算出して、この絶対値を前記振幅Ｓｉとして設定する（図示例では、ピーク位置Ｐ１と底部位置Ｂ１、および、ピーク位置Ｐ５と底部位置Ｂ５についての例を示している）。
【００５１】
次に、ＣＰＵ１３は、ステップ２２において、図８に示すように、各ピーク位置Ｐｉとこれに対応する各底部位置Ｂｉとの間の時間間隔ｔｎを計測し、この時間間隔ｔｎを前記振幅Ｓｉの時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することにより、前記振幅Ｓｉごとに周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する処理を行う。そして、周波数ｆｎごとに前記振幅Ｓｉを振り分け、振幅Ｓｉの大きさごとにその発生頻度（カウント数）Ｎｉを計数する。
【００５２】
最後に、ＣＰＵ１３は、ステップ２３において、疲労Ｓ−Ｎ曲線を利用した以下の数式（３）を用いることによって、周波数ｆｎごとに輸送品Ｐの蓄積疲労βを算出する処理を行う。これにより、図９に示すように、実輸送時に輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労βが周波数ｆｎごとに算出され、この算出した蓄積疲労を目標蓄積疲労とする。なお、下記数式（３）のαは加速係数であり、輸送品Ｐに固有の値である。
【００５３】
【数３】
【００５４】
なお、輸送品Ｐを実際に段積みした状態で振動させた場合には、図１０に示すように、段積みした輸送品Ｐごとに、蓄積疲労（Ａ），（Ｂ）を周波数ｆｎごとに算出する。そして、この算出した各蓄積疲労（Ａ），（Ｂ）をともに包含するような蓄積疲労（Ｃ）を算出し、この蓄積疲労（Ｃ）を目標蓄積疲労とする。これにより、実輸送時には輸送品Ｐが段積みされていても、以後の本試験では１段積みで、その振動に対する耐久性を評価することが可能となる。
【００５５】
また、実輸送の輸送経路が、図３に示すように、複数のシナリオａ１〜ａ５によって構成されている場合には、シナリオごとに算出した蓄積疲労をＡ１〜Ａ５とすると、実輸送において輸送品Ｐに生ずる目標蓄積疲労を、max[ sum{A1 , max(A2 , A3 ), A4}, A5]（max：最大値、sum：総和）とする。これにより、さまざまな実輸送において輸送経路が考えられる場合に、必要最小な蓄積疲労を周波数ごとに算出することができ、過剰試験および過小試験を回避できる。
【００５６】
この基準値設定ステップによれば、実輸送時に輸送手段に生ずる実振動が、その確率密度分布が正規分布となっていない非ガウス型の振動であったとしても、輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労を、周波数ｆｎごとに算出することが可能となる。また、実輸送時に輸送手段に生ずる実振動がガウス型の振動であったとしても、実際に輸送品Ｐに生ずる振動が非ガウス型の振動であった場合に、輸送品Ｐに生ずる蓄積疲労を周波数ｆｎごとに算出することが可能である。
【００５７】
加えて、従来技術において記載した特許文献１に記載の振動試験方法のように、周波数ごとに構造体に生ずる振動加速度の時系列波形データを導出する必要もないので、簡便な方法で周波数ｆｎごとの蓄積疲労を算出することができる。
【００５８】
なお、本実施例では、レインフロー法により前記振幅Ｓｉを抽出するようにしているが、ピークカウント法、レンジ法、レンジペア法など、他のサイクルカウント法を用いて、振動加速度の蓄積疲労に寄与する前記振幅Ｓｉを抽出するようにしてもよい。
【００５９】
例えば、図７において、振動波形のピーク位置Ｐｉのうち、山部ピークＰ１，Ｐ３，Ｐ５・・・を順次抽出して各山部ピークＰ１，Ｐ３，Ｐ５・・・の振動加速度を検出するとともに、谷部ピークＰ２，Ｐ４，Ｐ６・・・を順次抽出して各谷部ピークＰ２，Ｐ４，Ｐ６・・・の振動加速度を検出する。そして、隣接する山部ピークおよび谷部ピーク（例えば、Ｐ１とＰ２、Ｐ２とＰ３など）の振動加速度の差を算出して、この差を前記振幅Ｓｉとして設定する。さらに、隣接する山部ピークと谷部ピークとの間の時間間隔を計測して、この時間間隔を前記振幅Ｓｉの時間軸方向の幅Ｔｎとして設定し、前記振幅Ｓｉごとに周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する。そして、周波数ｆｎごとに前記振幅Ｓｉを振り分け、前記振幅Ｓｉとその大きさごとの発生頻度Ｎｉとに基づいて、周波数ｆｎごとに輸送品Ｐの蓄積疲労βを算出するようにしてもよい。
【００６０】
（３）試験条件決定ステップ（ステップ３）
図１１に示すフローチャートを適宜参照しながら、試験条件決定ステップを説明する。
【００６１】
まず、ステップ３０において、ユーザが本試験において希望する輸送品Ｐの試験時間を入力する。この入力は、ＣＰＵ１３が表示部１１に表示する所定の設定画面において行うことができる。一般には、試験時間を短くすると、本試験が短時間で終了するために試験効率が向上する一方、実振動の振動条件と本試験の振動条件とが乖離して、試験精度が低下するおそれが生じ得る。
【００６２】
次に、ＣＰＵ１３は、入力された試験時間に基づいて、実際に本試験を行う場合の試験用振動条件を決定する。具体的には、希望する試験時間の間、輸送品Ｐを振動させたとき、前記基準値取得ステップと同様にして算出した前記試験時間内に輸送品Ｐに生ずる周波数ｆｎごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるように、輸送品Ｐに与える振動の振動条件を決定する。
【００６３】
ここで、従来では、この試験用振動条件を決定する際には、試験時間に応じて、ユーザが輸送品Ｐに与える振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度（初期ＰＳＤ）を適宜設定し、さらに、この各周波数成分ｆｋに位相角Φｋをランダムに与えて逆フーリエ変換を行うことにより振動波形データを生成する。そして、この生成した振動波形データに基づく振動を輸送品Ｐに設定した試験時間与え、この振動により輸送品Ｐに生ずる周波数ｆｎごとの蓄積疲労を算出して目標蓄積疲労と比較する。以下、このように、試験時間内の振動によって輸送品Ｐが受ける疲労を「実蓄積疲労」と称する。そして、初期ＰＳＤによる振動での実蓄積疲労に対する目標蓄積疲労の割合を算出し、この割合を基に、輸送品Ｐに与える振動のパワースペクトル密度を補正することで、実蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるようにしている。
【００６４】
しかし、この従来の方法では、上記した試験用振動条件を決定する際に、輸送品Ｐにガウス型の振動を与えることになるため、実蓄積疲労と目標蓄積疲労とが一致せず、特に、図１２に示すように、高周波数領域において、実蓄積疲労が目標蓄積疲労と一致しないことが確認される。そのため、本試験において、振動耐久性の評価精度が落ちるという問題がある。
【００６５】
そこで、本実施例では、輸送品Ｐに与える振動のパワースペクトル密度だけでなく、各周波数成分ｆｋに与える位相角Φｋを適宜設定して、輸送品Ｐに非ガウス型の振動を与えることにより、試験時間内に輸送品Ｐに生ずる実蓄積疲労を前記目標蓄積疲労と一致あるいは略一致させるようにしている。
【００６６】
図１１において、ステップ３１では、ユーザが輸送品Ｐに与える振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を適宜設定する。次に、ステップ３２では、ＣＰＵ１３は、これら設定されたＰＳＤに基づき、各周波数成分ｆｋ各々について、上記数式（２）を用いて、その振幅ｘｋを算出する処理を行う。次に、ＣＰＵ１３は、ステップ３３において、各周波数成分fk各々について位相角φkを設定する処理を実行する。
【００６７】
図１３は、図１１のステップ３３の位相角設定処理の第１実施形態を示しており、図１３に示すフローチャートを適宜参照しながら第１実施形態の位相各設定処理を説明する。この第１実施形態では、ＣＰＵ１３は、まず、ステップ３３Ａにおいて、各周波数成分ｆｋの位相角φｋの遅れ（位相差）Δφ（＝φ（ｋ＋１）−φｋ）の確率密度分布を予め設定する。このとき、位相差Δφの確率密度分布の形状は、図１４に示すように、位相差Δφの確率密度分布のピーク値の位置が、例えば、位相差の最大値２πと最小値０の中央部であるπの位置に位置するようにして位相差Δφの確率密度分布を作成する。この位相差Δφの確率密度分布の形状は、その底辺の長さＬを適宜調節することにより、変更が可能である。
【００６８】
次に、ＣＰＵ１３は、ステップ３３Ｂにおいて、作成した位相差Δφの確率密度分布を用いて各周波数成分間の位相差Δφをそれぞれ算出する処理を行い、最後に、基準とする周波数成分ｆ１の位相角φ１を適宜設定することによって、各周波数成分ｆｋ各々について、位相角φkを設定する処理を行う（ステップ３３Ｃ）。
【００６９】
図１１に戻って、ＣＰＵ１３は、ステップ３４において、振幅Ｄｋおよび位相角φｋが設定された各周波数成分ｆｋを逆フーリエ変換することにより、輸送品Ｐに与える振動の振動波形データを生成する。そして、この振動波形データに基づき振動台２を振動させて、輸送品Ｐに前記試験時間、振動を与える（ステップ３５）。
【００７０】
次に、ステップ３６において、輸送品Ｐに取り付けられた第２の加速度センサ５からの検出値に基づいて、前記基準値取得ステップと同様にして、本発明の蓄積疲労算出方法により、前記試験時間内に輸送品Ｐに生ずる周波数ｆｎごとの実蓄積疲労を算出する。そして、ＣＰＵ１３は、この実蓄積疲労を目標蓄積疲労と比較し（ステップ３７）、実蓄積疲労と目標蓄積疲労とが一致していなければ、ステップ３７が「ＮＯ」となってステップ３１に戻り、その差を基に、実蓄積疲労が目標蓄積疲労と一致するように、輸送品Ｐに与える振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度と位相角φｋとを補正する。
【００７１】
この操作を繰り返すことで、実蓄積疲労が目標蓄積疲労と一致または略一致すれば、ステップ３７は「ＹＥＳ」となってステップ３８に進み、ＣＰＵ１３は、求めたこの振動条件を試験用振動条件として設定する。
【００７２】
この第１実施形態では、生成される振動の尖度をコントロールすることができる。よって、この第１実施形態によれば、輸送品Ｐに与える振動を非ガウス型の振動とすることができるため、実蓄積疲労を目標蓄積疲労と一致あるいは略一致させること（高周波数領域においても）が可能となる。
【００７３】
図１５は、図１１のステップ３３の位相角設定処理の第２実施形態を示しており、図１５に示すフローチャートを適宜参照しながら第２実施形態の位相各設定処理を説明する。この第２実施形態は、各周波数成分ｆｋに位相角φｋを設定するために、群遅延時間ｔを導入したものである。ここで、群遅延時間ｔとは、一般的に、フーリエ変換された各成分波の位相角Φｋの遅れΔφ（＝φ（ｋ+１）−φｋ）を角振動数ωで微分したものを指し、ｔ＝ｄΦ／ｄω（ただし、ω＝２πｆ）で定義されるものである。この第２実施形態では、各周波数成分ｆｋの位相角φｋを、この群遅延時間ｔを用いた以下の数式（４）に基づいて設定している。
【００７４】
【数４】
【００７５】
具体的に、位相角Φｋの設定方法を説明すると、ＣＰＵ１３は、まず、ステップ３３Ｄにおいて、群遅延時間ｔｋの分布が正規分布に従っているとし、その平均μｔ（以下、「平均群遅延時間μｔ」という。）および分散σｔ２（以下、「分散群遅延時間σｔ２」という。）を適宜設定することにより、設定した平均群遅延時間μｔおよび分散群遅延時間σｔ２をもとに群遅延時間ｔの正規乱数Ｎ（μｔ、σｔ２）を発生させて、各周波数成分ｆｋ各々に対してそれぞれ群遅延時間ｔｋを算出する処理を行う（ステップ３３Ｅ）。
【００７６】
ここで、分散群遅延時間σｔ２は、成分波群の継続時間に対応している。平均群遅延時間μｔを一定にし、分散群遅延時間σｔ２を変化させると、生成される振動波形データは、分散群遅延時間σｔ２が大きくなればなるほど、振動の衝撃度が分散して振幅が小さくなり、振動波形データは定常波形となることが確認されている。よって、分散群遅延時間σｔ２は、生成される振動波形データの尖度と対応するパラメータであり、分散群遅延時間σｔ２を適切に設定することにより、生成される振動波形データの尖度をコントロールすることができる。
【００７７】
また、ＣＰＵ１３は、ステップ３３Ｆにおいて、初期位相φ０を[０〜２π]の間で適宜設定する処理を行う。ここで、初期位相φ０は成分波群の時間軸に関する上下対称性に対応している。分散群遅延時間σｔ２および平均群遅延時間μｔを一定にし、初期位相φ０を変化させると、生成される振動波形データは、初期位相φ０が変化することにより、時間軸に関する上下対称性、つまり歪度が変化することが確認されている。よって、初期位相φ0は、生成される振動波形データの歪度に対応するパラメータであり、初期位相φ０を適切に設定することにより、生成される振動波形データの歪度をコントロールすることができる。
【００７８】
ＣＰＵ１３は、ステップ３３Ｄ〜ステップ３３Ｆにおいて、分散群遅延時間σｔ２および平均群遅延時間μｔと、初期位相Φ０とを適宜設定する。そして、各周波数成分ｆｋ各々について群遅延時間ｔｋを正規乱数Ｎ（μｔ，σｔ２）を基に発生させて、次のステップ３３Ｇにおいて、上記数式（４）を用いて各周波数成分ｆｋについて位相角φkを設定する。
【００７９】
そして、ＣＰＵ１３は、振幅Ｄｋおよび位相角φｋが設定された各周波数成分ｆｋを逆フーリエ変換することにより(図１１のステップ３４)、輸送品Ｐに与える振動の振動波形データを生成する。そして、この振動波形データに基づき振動台２を振動させて、輸送品Ｐに前記試験時間、振動を与える（ステップ３５）。その後のステップ３６〜３８は、上記した第１実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００８０】
この第２実施形態では、生成される振動の尖度および歪度をコントロールすることができる。よって、この第２実施形態によれば、輸送品Ｐに与える振動を、第１実施形態よりさらに非ガウス型の振動に近づけることができるため、実蓄積疲労を目標蓄積疲労と一致あるいは略一致させること（高周波数領域においても）が可能となる。
【００８１】
（４）振動付与ステップ（ステップ４）
この振動付与ステップでは、輸送品Ｐを振動台２に載置した後、上記試験条件決定ステップで決定された試験条件（試験用振動条件および試験時間）の振動で振動台２を振動させることで、本試験を行う。そして、所定の試験時間の経過後、振動台２の振動を停止させて、輸送品Ｐについてその損傷状況を検査する。
【００８２】
このように、本実施例の振動試験方法では、輸送手段に生ずる振動が非ガウス型の振動であったとしても、輸送品Ｐに対して、高精度、かつ、実輸送環境に即した正確な振動耐久性の評価を行うことが可能である。
【００８３】
なお、本実施例においては、輸送手段により輸送される輸送品Ｐについて説明したが、輸送手段などの常に振動が加わる装置に搭載される機器や部品などに対しても、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 振動試験装置
４ 第１の加速度センサ
５ 第２の加速度センサ
１０ 制御装置
１３ ＣＰＵ
１４ ＲＯＭ
１５ ＲＡＭ
１６ メモリ部
Ｐ 輸送品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動環境下に置かれた構造体に生ずる蓄積疲労を算出するための蓄積疲労算出方法であって、
構造体の振動を検出するセンサにより得られる構造体の振動検出値の時系列波形データを計測する第１のステップと、
計測した前記振動検出値の時系列波形データに基づき、変動する前記振動検出値の蓄積疲労に寄与する振幅Ｓｉを順次抽出する第２のステップと、
前記振幅Ｓｉごとに、その時間軸方向の幅Ｔｎを計測することによって周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する第３のステップと、
前記周波数ｆｎごとに、前記振幅Ｓｉとその大きさごとの発生頻度Ｎｉとに基づいて、構造体に生ずる蓄積疲労を算出する第４のステップとを備えることを特徴とする蓄積疲労算出方法。
【請求項２】
前記第２のステップでは、振動検出値のピーク位置の山部ピークを順次抽出して各山部ピークの振動検出値を検出するとともに、谷部ピークを順次抽出して各谷部ピークの振動検出値を検出した後、隣接する山部ピークおよび谷部ピークの振動検出値の差を算出してこの差を前記振動検出値の振幅Ｓｉとして設定し、
前記第３のステップでは、隣接する山部ピークと谷部ピークとの時間間隔を計測してこの時間間隔を前記時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することを特徴とする請求項１に記載の蓄積疲労算出方法。
【請求項３】
前記第２のステップでは、レインフロー法に基づいて振動検出値のピーク位置とこれに対応する底部位置を順次抽出し、前記ピーク位置およびこれに対応する底部位置の振動検出値の差を算出してこの差を前記振動検出値の振幅Ｓｉとして設定し、
前記第３のステップでは、対応するピーク位置と底部位置との時間間隔を計測してこの時間間隔を前記時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することを特徴とする請求項１に記載の蓄積疲労算出方法。
【請求項４】
振動体に載置される構造体の振動耐久性を評価するための振動試験方法であって、
振動体に生ずる振動の振動条件に基づいて、構造体に付与する振動の基準用振動条件を決定する試験仕様設定ステップと、
前記基準用振動条件下における振動によって構造体に生ずる蓄積疲労を、請求項１〜３のいずれかに記載の蓄積疲労算出方法により周波数ごとに算出し、これを目標蓄積疲労とする基準値取得ステップと、
希望する試験時間を設定して構造体を前記試験時間振動させたとき、前記基準値取得ステップと同様にして算出した前記試験時間内に構造体に生ずる周波数ごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるように、構造体に付与する振動の試験用振動条件を決定する試験条件決定ステップと、
前記試験条件決定ステップで得られた試験用振動条件および試験時間に基づいて構造体を振動させて、構造体の破損の有無を判別する振動付与ステップとを備えることを特徴とする振動試験方法。
【請求項５】
前記試験条件決定ステップでは、構造体に付与する振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度と各周波数成分ｆｋについて与える位相角Φｋとを適宜設定することにより、前記試験時間内に構造体に生ずる周波数ごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるような試験用振動条件を決定することを特徴とする請求項４に記載の振動試験方法。
【請求項６】
前記試験条件決定ステップでは、各周波数成分ｆｋの位相角の遅れを表す位相差ΔΦ（ΔΦ＝Φ（ｋ＋１）−Φｋ）の確率密度分布（ただし、０≦ΔΦ≦２π）を適宜設定し、この確率密度分布に基づき各周波数成分間の位相差ΔΦを算出して各周波数成分ｆｋの位相角Φｋを設定することを特徴とする請求項５に記載の振動試験方法。
【請求項７】
前記試験条件決定ステップでは、各周波数成分ｆｋの位相角Φｋを、角振動数ωと、初期位相Φ０（０≦Φ０≦２π）と、平均μおよび分散σ２をもとにした正規乱数Ｎ（μ，σ２）を用いて算出される群遅延時間ｔｋとで表した数式：
Φ（ｋ＋１）＝Φｋ＋ｔ（ｋ＋１）ｄω
により設定することを特徴とする請求項５に記載の振動試験方法。
【請求項１】
振動環境下に置かれた構造体に生ずる蓄積疲労を算出するための蓄積疲労算出方法であって、
構造体の振動を検出するセンサにより得られる構造体の振動検出値の時系列波形データを計測する第１のステップと、
計測した前記振動検出値の時系列波形データに基づき、変動する前記振動検出値の蓄積疲労に寄与する振幅Ｓｉを順次抽出する第２のステップと、
前記振幅Ｓｉごとに、その時間軸方向の幅Ｔｎを計測することによって周波数ｆｎ（ただし、ｆｎ＝１／Ｔｎ）を設定する第３のステップと、
前記周波数ｆｎごとに、前記振幅Ｓｉとその大きさごとの発生頻度Ｎｉとに基づいて、構造体に生ずる蓄積疲労を算出する第４のステップとを備えることを特徴とする蓄積疲労算出方法。
【請求項２】
前記第２のステップでは、振動検出値のピーク位置の山部ピークを順次抽出して各山部ピークの振動検出値を検出するとともに、谷部ピークを順次抽出して各谷部ピークの振動検出値を検出した後、隣接する山部ピークおよび谷部ピークの振動検出値の差を算出してこの差を前記振動検出値の振幅Ｓｉとして設定し、
前記第３のステップでは、隣接する山部ピークと谷部ピークとの時間間隔を計測してこの時間間隔を前記時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することを特徴とする請求項１に記載の蓄積疲労算出方法。
【請求項３】
前記第２のステップでは、レインフロー法に基づいて振動検出値のピーク位置とこれに対応する底部位置を順次抽出し、前記ピーク位置およびこれに対応する底部位置の振動検出値の差を算出してこの差を前記振動検出値の振幅Ｓｉとして設定し、
前記第３のステップでは、対応するピーク位置と底部位置との時間間隔を計測してこの時間間隔を前記時間軸方向の幅Ｔｎとして設定することを特徴とする請求項１に記載の蓄積疲労算出方法。
【請求項４】
振動体に載置される構造体の振動耐久性を評価するための振動試験方法であって、
振動体に生ずる振動の振動条件に基づいて、構造体に付与する振動の基準用振動条件を決定する試験仕様設定ステップと、
前記基準用振動条件下における振動によって構造体に生ずる蓄積疲労を、請求項１〜３のいずれかに記載の蓄積疲労算出方法により周波数ごとに算出し、これを目標蓄積疲労とする基準値取得ステップと、
希望する試験時間を設定して構造体を前記試験時間振動させたとき、前記基準値取得ステップと同様にして算出した前記試験時間内に構造体に生ずる周波数ごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるように、構造体に付与する振動の試験用振動条件を決定する試験条件決定ステップと、
前記試験条件決定ステップで得られた試験用振動条件および試験時間に基づいて構造体を振動させて、構造体の破損の有無を判別する振動付与ステップとを備えることを特徴とする振動試験方法。
【請求項５】
前記試験条件決定ステップでは、構造体に付与する振動の周波数成分ｆｋごとのパワースペクトル密度と各周波数成分ｆｋについて与える位相角Φｋとを適宜設定することにより、前記試験時間内に構造体に生ずる周波数ごとの蓄積疲労が前記目標蓄積疲労となるような試験用振動条件を決定することを特徴とする請求項４に記載の振動試験方法。
【請求項６】
前記試験条件決定ステップでは、各周波数成分ｆｋの位相角の遅れを表す位相差ΔΦ（ΔΦ＝Φ（ｋ＋１）−Φｋ）の確率密度分布（ただし、０≦ΔΦ≦２π）を適宜設定し、この確率密度分布に基づき各周波数成分間の位相差ΔΦを算出して各周波数成分ｆｋの位相角Φｋを設定することを特徴とする請求項５に記載の振動試験方法。
【請求項７】
前記試験条件決定ステップでは、各周波数成分ｆｋの位相角Φｋを、角振動数ωと、初期位相Φ０（０≦Φ０≦２π）と、平均μおよび分散σ２をもとにした正規乱数Ｎ（μ，σ２）を用いて算出される群遅延時間ｔｋとで表した数式：
Φ（ｋ＋１）＝Φｋ＋ｔ（ｋ＋１）ｄω
により設定することを特徴とする請求項５に記載の振動試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２６１７７０（Ｐ２０１０−２６１７７０Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１１８２０（Ｐ２００９−１１１８２０）
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]