<制振鋼板の周波数応答解析について>

2003年7月9日 # No.5575 # はんにゃ #
制振鋼板(鋼板と鋼板の間に断熱材を入れてスポット溶接したもの)の振動解析を
行うためのモデル化はどうしたらよいのでしょうか?
私の考えは
1.制振鋼板の全厚さを持つshell要素を使用する。
2.shell要素で作った鋼板2枚を節点共有or剛体要素でつなぐ。
3.鋼板・断熱材・鋼板の積層材を使用する。
です。
以前、実務で「2」のモデルを使用し、固有値は実験とほぼ合いました。
減衰を何%にするかで違ってくるので、鉄の2%として計算し、実験の応力値
と解析値から比を求め、補正しました。対策品での応力はこの補正値を用いて
応力としました。
「1」は固有値がかけ離れました。
「3」は私には難しい。

「2」についてある人は、鋼板と鋼板の間は接触を定義していないから駄目だと言いました。
私は「実物と全部同じでなければ解析できない(絶対値がでるor実験値と同じ)」とは思いません。

私が知らないだけかもしれませんが、接触を定義して振動解析できるのでしょうか?
このようなことが出来る解析ツールは存在するのですか?
また、このような解析をやっている会社はあるのですか?

よろしくお願いします。



# 2003年7月9日 No.5580 # ハッピー #
> 制振鋼板(鋼板と鋼板の間に断熱材を入れてスポット溶接したもの)の振動解析を
> 行うためのモデル化はどうしたらよいのでしょうか?
by はんにゃさん

制振鋼板とは縁がないので教えて頂きたいのですが
板面に対し、スポット溶接は何カ所くらいあるのでしょうか
例えば1×1mの板の10cm格子間隔であるとか。どれくらいのピッチなのでしょう。
ピッチが細かいようであれば、等価な異方性剛性板での置き換えができるかも知れないと
感じましたので。パラメータ同定のためには、実験か、きわめて詳細な部分モデルによる
解析が必要となると思います。
あと、使っておられるソルバーにユーザーサブルーチンがあると等価置換がし易いかも。

>なり,エンジニアとしては欲求不満になってしまいます(笑).実験計画を決めたら,直交
>表の奴隷になってとにかく決められた数の解析をしなければいけないので....
by MarcUserさん

MarcUserさんのご専門の塑性加工解析では、iXXXXXのような解析ロボットに
「明日の朝までにやっといて」と任せにくいでしょうから、確かに実験計画表
×ノイズのケース数をこなすのは大変でしょうね。
一方、任せられる分野では使えそうな段階に来ていると感じる、ユーザー事例
発表でしたよ。



# 2003年7月9日 # No.5581 # ピピ #
はんにゃさん。また面白そうなことやってますね。
私もちょうど非線形振動現象を線形モデル化するところで、なかなか実験と合わ
ないので悩んでいます。
問題にしてるのが、高次モードなので、尚更悩ましい。

> 制振鋼板(鋼板と鋼板の間に断熱材を入れてスポット溶接したもの)の振動解析を
> 行うためのモデル化はどうしたらよいのでしょうか?

ちょっと分かりにくいのですが、確認したいことは何でしょうか?
周波数応答関数?　それとも、過渡応答?

> 私の考えは
> 1.制振鋼板の全厚さを持つshell要素を使用する。
> 2.shell要素で作った鋼板2枚を節点共有or剛体要素でつなぐ。
> 3.鋼板・断熱材・鋼板の積層材を使用する。
> です。
> 以前、実務で「2」のモデルを使用し、固有値は実験とほぼ合いました。
> 減衰を何%にするかで違ってくるので、鉄の2%として計算し、実験の応力値
> と解析値から比を求め、補正しました。対策品での応力はこの補正値を用いて
> 応力としました。

私も、「2」で良いと思います。
剛性的に、断熱材の影響は小さいはずですから、2枚のシェルの間でスポット
溶接をモデル化してやれば、十分な気がします。
ただ、断熱材は減衰に大きく影響するはずですから、その部分をモデルに反映
するためには、実験的に求められた周波数応答関数が必要になるのでは無いで
しょうか?
あるいは、実験的に求まった応力値から、モーダル減衰比を合わせこんでしま
うという手もあると思います。

そこがモデル化できていれば、得られた結果に対する補正は不要になりますよ。

問題は、スポット溶接の適切なモデル化ですよね。
複雑な形状で、高次モードまで見るのであれば、真剣なコリレーションが必要
だと思いますけど、結局は実験との合わせ込みでしか成立しない作業だと思います。
多分に経験的な作業では無いかと...
私は、苦手な作業です。

> 「2」についてある人は、鋼板と鋼板の間は接触を定義していないから駄目だと言いました。
> 私は「実物と全部同じでなければ解析できない(絶対値がでるor実験値と同じ)」とは思いません。

これは、はんにゃさんが正しいでしょう。
「そんなこと言ってたら、設計ツールになりませんよ」って言い返して下さい(笑)。

> 私が知らないだけかもしれませんが、接触を定義して振動解析できるのでしょうか?
> このようなことが出来る解析ツールは存在するのですか?
> また、このような解析をやっている会社はあるのですか?

境界非線形(接触)を含んでいたら、モーダル法で扱えないことは間違いあり
ませんね。

このモデルでは、当てはまらないかもしれませんが、境界非線形性を持つ回転体
振動などでは、高調波や分数調波が乗りますから、CAEで非線形の周波数応答を
正確に得るのは、非常に難しい気がしますが、どうなんでしょう?

あと、衝撃などに対する過渡応答解析は、直接法で解くんでしょうね。
これもやったことないので、分かりません。

どなたか、HELP!



# 2003年7月10日 # No.5584 # はんにゃ #
ハッピーさん、ピピさん、回答ありがとうございました。

> ちょっと分かりにくいのですが、確認したいことは何でしょうか?
> 周波数応答関数?　それとも、過渡応答?
by　ピピさん

周波数応答です。
NASTRANの非線形解析ハンドブックを見ると、「非線形過渡応答解析」ができる
そうです。

>パラメータ同定のためには、実験か、きわめて詳細な部分モデルによる
>解析が必要となると思います。
by　ハッピーさん

<後略>



# 2003年7月11日 # No.5590 # よし☆彡 #
> 1.制振鋼板の全厚さを持つshell要素を使用する。
> 2.shell要素で作った鋼板2枚を節点共有or剛体要素でつなぐ。
> 3.鋼板・断熱材・鋼板の積層材を使用する。

はんにゃさん、こんにちは!

私が思うに変形形態からすると、1.と3.は同じような傾向で、
2は2枚の板が異相になることもあるので、結果が異なってくる
こともありかなぁ～と思っているのですが、、、
どうも感覚的に断熱材が入っていることから,鋼板同士は同相で
変形するという感じがするんです。
　そう考えると、1,2,3は同じような結果とならないとおかしい
ような気がします。

例えばδ/wは曲げこわさEIに比例し,Iは板厚の3乗で利くので,
板厚t1.0の鋼板の張り合わせを入力するとき,合計の板厚である
t2.0を入力データとして用いると,スポット間が長いモデルや
板間がズレあう可能性のあるモデルは剛性が4倍程度あがって
くると思いますが、この点は入力時に考慮されてるんですか?



# 2003年7月11日 # No.5591 # ハッピー #
> どうも感覚的に断熱材が入っていることから,鋼板同士は同相で
> 変形するという感じがするんです。
by よし☆彡さん

私もそう思います。
一枚の等価板に置き換えれたら良いのではないかと。
10年以上前でしたか、洗濯機の筐体に初めて制振鋼板が採用された時にTVコマーシャルで
オーケストラの指揮者風の人が、従来洗濯機ではシンバルのように筐体前面を叩いていたら
制振鋼板の新型にすり替わって「ボムッ」という鈍い音になり「?」となっていた記憶があります。
その後、雑誌に掲載された記事で初めて制振鋼板を知ったのですが、ラミネート状で一枚板として
挙動しそうな印象を持っています。
間がクッションなので、並列バネと見て板厚としては一枚分のt、密度、ヤング率を2倍にするとどうでしょう。
でもダンピングを含め実験コリレーションは必要と思いますが。
(編集担当：いなちゅう 2003/11/27)