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振動試験における共振について
2012/03/31 02:13
自動車部品の設計をしているのですが、車両振動による破壊が懸念されるため、振動解析をすることになりました。
共振周波数での共振倍率を求め、ベースG×共振倍率の加速度を物体に与えた場合に発生する部品の応力状態を調べて形状に変更を加えるつもりです。
(加速度は自動的に部品の重心に作用するように計算されます)
この場合、固定位置から離れる程振れが大きくなるため、場所によって共振倍率が変わってくると思うのですが、上のやり方で応力を調べるときにどこの共振倍率を拾えばいいのでしょうか?重心の加速度で応力を計算するのだから、重心付近の共振倍率を拾うのが正しいのかな?と考えているのですが、ソフト上共振が拾えるのは表面のみで、重心は物体内部にあるので重心の共振倍率を拾うことは出来ません。最も振れの大きい箇所の共振倍率で考えれば、安全側で見れるからいいのでしょうか?
振動については最近学習し始めたため、勘違いしていることがあるかもしれません。どなたかご享受ください。
回答 (4件中 1~4件目)
共振を含めた振動パターンをグラフ化して、振動による最大の加速度を求めます。
後は、自動車部品の質量とその重心位置から固定位置までの距離でモーメントが固定位置に
掛かる計算で考慮すればよいと考えます。
共振を含めた振動パターンをグラフ化して、振動による最大の加速度を求める過去ログを
URLに記述しますから、確認して概略計算をしてみてください。
多分、振動工学/力学のCAE結果と似た値になると思います。
↑ にある“過去ログ;No.39506(振動加速度) ”の回答(3)の内容を確認してみてくださいな。
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単純にスイープさせればいいじゃん
と思ったけど
どうもCAEの話らしい
コンピュータの世界はリアルをすべて表現できるわけではありません
あくまでも指針であります
ただ、リアルでは見えないところをシミュレーション
できますが
最終的にはそれは見ないとわかりません
東海東南海地震のシミュレーション結果が更新されましたが
今まで深度7で揺れるところはなかったですが
今回の東北地方太平洋沖地震の結果を盛り込んだら
あんな真っ赤になってしまいました
じゃあ本当に揺れたらどうなるんでしょうか?
そんなもんです
小物部品なら取付状態の影響が少なく単品で評価可能、ナビなどアフターパーツでも同じで、試験条件がハッキリするでしょうが、本件はそれに該当するようなモノでしょうか?
自身が車体強度を構成するものや、でなくとも大物部品なら、取付周りを含めた剛性が効いてしまうから、単独試験は無理でパーツメーカで出来る範疇を超えると思います。
固有振動数は部品の質量だけでは決まらなく、取付周りの剛性、ばね定数(減衰係数)が効きます。
大物で厄介なのはねじりの強度、振動モードも考える必要が出る。
>加速度は自動的に部品の重心に作用するように計算されます
>ソフト上共振が拾えるのは表面のみで、重心は物体内部にあるので重心の共振倍率を拾うことは出来ません
ひっくるめた単純計算でどうこうは言えない。『物体内部』を細分化して、最弱点を探し耐性を評価すべきです。壊れるまで加振できるなら試す。
>共振周波数、及びその時の振幅の見積
振幅はリニアに効くとして、物体内部の共振周波数は加振周波数と異なることが普通です。しかし異なっていても励振されて共振がおき破壊に至ることがある。
試験での加振周波数は、以前はある範囲をスイープしていたが、今はランダム振動での試験に移行してます。
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=266282&event=QE0004
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=255504&event=QE0004
http://tri-osaka.jp/group/infoele/life/packtech/document/IMV-Lecture_H191106.pdf
これを説明できる能が無い・・・・
内部の弱点を探し強化する手だては従来通りスイープして共振点を探すことでよいですが、、、試験条件・規格としては納入先に決めてもらう、または提案して承認をもらわないと結論に達することが出来ないでしょう。
No.38781 固有振動数の算出
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=261860&event=QE0004
>回答(6) 減衰比を1%とした場合,理論上の応答倍率は,1/(2*0.01)=50倍
減衰次第。無いと仮定するなら際限なく振れる。
なので、強度アップばかりでなく減衰能アップも重要な対策。
>共振時にはその2倍が掛かるとして・・
なんて何の根拠も無いデタラメ回答は迷惑!
どこを測ればよいか? 最も弱いと予想される箇所は必ず、重心、最大振幅の腹、それに節。とにかく複数点が必要。
ふつうは高次モードは考えないです。
>無理くりにでも共振時の発生応力を見積もりたいというスタンス
減衰比1%ではないでしょうけど・・・
そうです。簡単な話ではないということ。
振動の話は電気信号を扱う電気屋の方が理解しやすい。振動論は昔は機械屋の必須科目ではなかった。。。
機械振動を理論的に扱うのも確かに面倒。
なのでとりあえず単発の応答試験をしてみよう、それで減衰率は判る。連続試験でスイープさせると共振点が判る。破壊するまでやると弱点が判る。破壊に至らないなら充分な(過剰な)強さまで耐えるという証明。
実際の試験、規格は、使用状態を解析してランダム振動試験の条件を決める、決めてもらうことが必要。
補足
2012/03/31 22:57
ご回答ありがとうございます。
部品は700gくらいあり、取り付けもブラケットがつくため、振動解析で正確な値は出ないことは理解しております。
>ひっくるめた単純計算でどうこうは言えない。『物体内部』を細分化して、 最弱点を探し耐性を評価すべきです。壊れるまで加振できるなら試す。
振動解析は一体何のためにおこなうのでしょうか?
私の理解は、
共振周波数、及びその時の振幅の見積もり。
また、振動によって応力が最も高くなりそうな部位の辺り付け
(コンタ図で値は異なっていても応力の濃淡はわかる)
⇒この時の応力の絶対値が推定できればいいな。そのためにどういう条件を外力として与えてやればいいのか というのが質問の趣旨です。
よろしくお願いします。
ご回答ありがとうございます。
私の聞きたい項目から少し外れてしまっているので、再度確認させてください。
■共振によって物体に働く応力の計算は、加振加速度×共振点の振幅倍率を 加速度として与えた時の応力でいいのでしょうか?
また、この時の振幅倍率は、重心に近い個所での振幅倍率を採用するのがベ ストか?or 安全側を考えて、最も振幅倍率の大きい(振れる)箇所での振幅 倍率を採用するのがベターか?
無理くりにでも共振時の発生応力を見積もりたいというスタンスで捉えてください。
もちろんメーカとは試験条件をしっかりと整合したいと思います。
ご返答よろしくお願いします。
回答ありがとうございます。
>回答(6) 減衰比を1%とした場合,理論上の応答倍率は,1/(2*0.01)=50倍
この2は
>共振時にはその2倍が掛かるとして・・
の前の回答者が適当に言った数字を指してるんでしょうか?
とりあえず減衰比も分からない状態では振幅も分からないし、応力分布は見れても絶対的な値はあまり信用できないことが分かりました。
昔々振動解析処理のセミナーを聴講したことがありますが、この手
の技術は自動車メーカさんではルーティンワークであるとの感想です。
お勤めの職場に、専門家が沢山いらっしゃると思いますが、教えて
貰えないのでしょうか?
さて、「共振周波数での共振倍率」とは、2次、3次・・・といった、
高次の周波数のことでしょうか。
振動振幅は、1次の共振周波数が最も大きいハズなので、基本的には
1次、付け加えるとしても2次の周波数にフォーカスすれば良いと考
えます。
(加速度は高次の周波数の方が大きい場合も有り得るかも)
最終目標は、設計変更により、
・共振周波数を高くする
・共振周波数における振動振幅の絶対値を低くする
・減衰率を大きくする
ですね?
補足
2012/03/31 22:46
ご回答ありがとうございます。
私が言っている共振倍率とは共振点での振動振幅のことです。
言葉が不適切ですみません。
最終目標は
?共振周波数を高くする
?共振周波数における振動振幅の絶対値を低くする
?共振周波数における振動による応力が材料強度の降伏点以下であること
です。
ここで?を計算する時に与える外力(加速度)をどう考えたらいいかというのが
質問の趣旨です。現在、共振周波数での振動振幅を、部品に作用する外力として計算し、応力を判断しようとしています。
しかし、部品の場所によって共振周波数は同じでも振幅が異なるので、応力を判断するための外力が決まらない。という状況です。
よろしくお願いします。
お礼
2012/04/06 07:43
スイープ試験を実施し、定性的には解析と同じような結果となりました。
材料には、バネ要素はあっても減衰率の要素があるということが抜けていました。勉強になりました。ありがとうございました。