JP2001126087A - Structure designing method and recording medium - Google Patents
Structure designing method and recording mediumInfo
- Publication number
- JP2001126087A JP2001126087A JP30518699A JP30518699A JP2001126087A JP 2001126087 A JP2001126087 A JP 2001126087A JP 30518699 A JP30518699 A JP 30518699A JP 30518699 A JP30518699 A JP 30518699A JP 2001126087 A JP2001126087 A JP 2001126087A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- model
- dynamic
- transfer function
- response
- sensitivity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は構造物の設計方法及
び記録媒体に関し、特に伝達関数を用いた車体ボデー等
の設計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of designing a structure and a recording medium, and more particularly to a design of a vehicle body using a transfer function.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、車体ボデーなどの剛性や振動
を改善するためにＦＥＭ（有限要素法）を用いてモデル
を解析し、応答量に対する要素の板厚や断面寸法、節点
の位置の感度を近似的に算出して最適化する手法が知ら
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to improve rigidity and vibration of a vehicle body and the like, a model is analyzed using a FEM (finite element method), and the sensitivity of an element thickness, a sectional dimension, and a position of a node to a response amount. There is known a method of approximately calculating and optimizing.
【０００３】一方、「自動車技術会 学術講演前刷集１
９９１−１０」には、初期状態の伝達関数を合成するこ
とでばねを付加したときの振動の予測方法が開示されて
いる。具体的には、４０ｋＨｚ付近のロードノイズに対
して、ボデーの車体モードから影響の大きい部位を推測
し、その部位にばねを付加したときの車内音を予測して
ボデーシェルの改善部位を明確化している。また、「自
動車技術Ｖｏｌ．４１、Ｎｏ．１３、１９８７」には、
初期状態の伝達関数合成により予測した式を１次近似す
ることにより、付加したマスやばねの寄与度を予測する
式を算出しており、ロードノイズに対してボデーのどこ
の部位の寄与が大きいかを寄与度によって見出し、剛性
を上げることで車内音を改善している。[0003] On the other hand, "Automotive Technology Society Academic Lecture Preprint 1
991-10 "discloses a method of predicting vibration when a spring is added by synthesizing a transfer function in an initial state. Specifically, for road noise in the vicinity of 40 kHz, a part that has a large influence is estimated from the body mode of the body, and the interior sound when a spring is added to that part is predicted to clarify the improved part of the body shell. ing. Also, "Automotive Technology Vol. 41, No. 13, 1987"
An equation for predicting the contribution of the added mass or spring is calculated by first-order approximation of the equation predicted by the transfer function synthesis of the initial state, and the contribution of any part of the body to the road noise is large. It finds out by the degree of contribution, and improves the interior sound by increasing the rigidity.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】計算モデルを用いて解
析する場合、モデルの詳細化により精度を向上させるこ
とは可能であるが、計算モデル上で対策案を思考し、評
価計算しているため、莫大な時間を要する問題がある。
特に、詳細なＦＥＭモデルを用いて感度を算出する、あ
るいは最適化を行うのは、ＦＥＭモデルの有する自由度
の大きさから、実用性のある手法とは言い難い問題があ
る。In the case of analysis using a calculation model, it is possible to improve accuracy by refinement of the model. However, since a measure is considered on the calculation model and evaluation calculation is performed. There is a problem that takes an enormous amount of time.
In particular, calculating or optimizing the sensitivity using a detailed FEM model has a problem that cannot be said to be a practical method due to the degree of freedom of the FEM model.
【０００５】また、伝達関数を用いた実験解析の場合に
は、このような問題は生じないが、ばねやマスの付加に
特化した時の近似式が得られるのみで、他の剛性に従属
した特性への適用がなく、その精度も保証されない問題
がある。[0005] In the case of an experimental analysis using a transfer function, such a problem does not occur, but only an approximation formula for specializing the addition of a spring or a mass can be obtained. There is a problem that there is no application to such characteristics and the accuracy is not guaranteed.
【０００６】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、計算モデルを出発
点としつつ、短時間で効率的に感度を算出することがで
き、さらには構造物の最適化を行うことができる方法を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to be able to efficiently calculate sensitivity in a short time while using a calculation model as a starting point. An object of the present invention is to provide a method capable of optimizing an object.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、構造物の設計方法であって、（ａ）構造物の計算モ
デルを設定するステップと、（ｂ）前記計算モデルにお
ける代表点間の動的な応答を伝達関数で規定することで
前記計算モデルの縮退モデルを生成するステップと、
（ｃ）前記縮退モデルにおいて評価値に対する応答感度
を算出するステップとを有することを特徴とする。In order to achieve the above object, there is provided a method for designing a structure, comprising: (a) setting a calculation model of the structure; and (b) setting a representative point in the calculation model. Generating a degenerate model of the computational model by defining the dynamic response of the transfer function,
(C) calculating response sensitivity to an evaluation value in the degeneracy model.
【０００８】また、（ｄ）前記応答感度に基づき前記代
表点相互の剛性値を最適化するステップとをさらに有す
ることを特徴とする。ここで、前記（ｄ）ステップは、
（ｄ１）前記応答感度に基づいて前記伝達関数を変更す
るステップと、（ｄ２）変更された伝達関数を用いて前
記代表点の評価値が所定の条件を満たすか否かを判定す
るステップとを繰り返すことで最適化することが好適で
ある。(D) optimizing a stiffness value between the representative points based on the response sensitivity. Here, the step (d) includes:
(D1) changing the transfer function based on the response sensitivity; and (d2) determining whether the evaluation value of the representative point satisfies a predetermined condition using the changed transfer function. It is preferable to optimize by repeating.
【０００９】ここで、剛性値は、構造変更の因子も含ん
でいる。例えば、断面寸法や板厚及び部材の形状などで
ある。Here, the rigidity value also includes a factor of structural change. For example, there are a cross-sectional dimension, a plate thickness, a shape of a member, and the like.
【００１０】また、前記動的な応答は、変位と力、速度
と力、加速度と力、音圧と速度のいずれかであることを
特徴とする。前記動的な応答が変位と力である場合、前
記（ｂ）ステップでは前記伝達関数として動コンプライ
アンスマトリクスを算出することにより縮退された動剛
性マトリクスを算出し、前記（ｃ）ステップでは前記評
価値である評価変位に対する前記動剛性マトリクスの応
答感度を算出することが好適である。Further, the dynamic response is one of displacement and force, speed and force, acceleration and force, sound pressure and speed. When the dynamic response is a displacement and a force, in the step (b), a degenerated dynamic stiffness matrix is calculated by calculating a dynamic compliance matrix as the transfer function, and in the step (c), the evaluation value is calculated. It is preferable to calculate the response sensitivity of the dynamic rigidity matrix to the evaluation displacement of
【００１１】また、本発明は、構造物を設計するプログ
ラムを記録したコンピュータ読み取り可能な媒体を提供
する。前記プログラムはコンピュータに対して、少なく
とも、構造物の計算モデルにおける代表点間の動的な応
答を伝達関数で規定することで前記計算モデルの縮退モ
デルを生成させ、前記縮退モデルにおいて評価値に対す
る応答感度を算出させることを特徴とする。[0011] The present invention also provides a computer-readable medium in which a program for designing a structure is recorded. The program causes the computer to generate a degenerate model of the computation model by defining at least a dynamic response between representative points in the computation model of the structure by a transfer function, and the response to the evaluation value in the degeneration model The sensitivity is calculated.
【００１２】また、前記プログラムはさらに、前記応答
感度に基づき前記代表点相互の剛性値を最適化させるこ
とを特徴とする。前記最適化は、前記応答感度に基づい
て前記伝達関数を変更し、変更された伝達関数を用いて
前記代表点の評価値を評価する処理の繰り返し実行であ
ることが好適である。Further, the program is further characterized in that a rigidity value between the representative points is optimized based on the response sensitivity. It is preferable that the optimization is a repetitive execution of a process of changing the transfer function based on the response sensitivity and evaluating the evaluation value of the representative point using the changed transfer function.
【００１３】本発明においては、ＦＥＭなどの計算モデ
ルを出発点とするが、このＦＥＭモデル上で最適化計算
を行うのではなく、ＦＥＭモデルの縮退モデルを用いて
自由度を大幅に減少させ、効率的に計算を行う。「縮
退」とは、複数の代表点間の関係をそれ以下の代表点間
（好適には２点間）の関係に等価的に帰着させる操作で
あり、伝達関数を用いて縮退させることで物理量を維持
し、応答感度を算出することが容易となる。縮退モデル
では元のモデルに比べて計算に関与する自由度が少ない
ため、短時間に感度や最適化計算を実行することができ
る。最適化は、感度に基づいて伝達関数を変更し、変更
した伝達関数を用いて評価する、という繰り返し演算に
より達成される。感度により伝達関数のどの部位を変更
すべきかの指針が得られるので、効率的な計算が可能と
なる。In the present invention, a calculation model such as an FEM is used as a starting point. Instead of performing an optimization calculation on the FEM model, the degree of freedom is greatly reduced by using a degenerate model of the FEM model. Perform calculations efficiently. “Degenerate” is an operation of equivalently reducing the relation between a plurality of representative points to the relation between lower representative points (preferably between two points). The physical quantity is reduced by using a transfer function. Is maintained, and it becomes easy to calculate the response sensitivity. Since the degree of freedom involved in calculation is smaller in the degenerate model than in the original model, sensitivity and optimization calculation can be executed in a short time. The optimization is achieved by an iterative operation of changing the transfer function based on the sensitivity and evaluating using the changed transfer function. Since the sensitivity can provide a guide as to which part of the transfer function should be changed, efficient calculation can be performed.
【００１４】図１には、本発明と従来技術の処理方法が
模式的に示されている。従来の構造物の設計方法におい
ては、ＦＥＭモデル等の計算モデルを設定し、このモデ
ル上において所望の特性を得るために必要な設計値を考
慮し、モデルを修正し、修正したモデルを評価するとい
う処理を繰り返し、最終的に最適なモデルを得ている。
本発明では、ＦＥＭモデル等の計算モデル上で対策案を
考慮するのではなく、一旦縮退モデルに変換し、自由度
を削減した上で感度算出や最適化計算を行う。そして、
縮退モデル上で効率的、短時間に感度や最適化を行った
後、これらの感度情報や最適化情報を元のＦＥＭモデル
に適用し、モデルを効率的に修正して最適モデルを得
る。FIG. 1 schematically shows the processing method of the present invention and the prior art. In a conventional structure design method, a calculation model such as an FEM model is set, a design value necessary for obtaining desired characteristics on this model is considered, the model is modified, and the modified model is evaluated. This process is repeated to finally obtain the optimal model.
In the present invention, instead of considering a countermeasure plan on a calculation model such as an FEM model, a sensitivity calculation and an optimization calculation are performed after temporarily converting to a degenerate model and reducing the degree of freedom. And
After performing sensitivity and optimization on the degenerate model efficiently and in a short time, these sensitivity information and optimization information are applied to the original FEM model, and the model is efficiently corrected to obtain an optimal model.
【００１５】本発明は、動的な応答関係に基づいて構造
物を設計する手法に適用でき、例えば変位−力という動
的な応答関係において、変位を最小にする剛性モデルを
求める問題に適用することができる。変位−力の関係は
動コンプライアンスマトリクスで記述でき、動コンプラ
イアンスマトリクスの逆行列として力−変位の関係を規
定する動剛性マトリクスを得ることができる。The present invention can be applied to a method of designing a structure based on a dynamic response relationship, and is applied to, for example, a problem of finding a rigid model that minimizes displacement in a dynamic response relationship of displacement-force. be able to. The relationship between displacement and force can be described by a dynamic compliance matrix, and a dynamic rigidity matrix that defines the relationship between force and displacement can be obtained as an inverse matrix of the dynamic compliance matrix.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１７】図２には、本実施形態の処理フローチャー
トが示されている。なお、この処理は、ワークステーシ
ョンあるいはパーソナルコンピュータなどのコンピュー
タにプログラムをインストールし、コンピュータのＣＰ
Ｕが逐次実行することで実現することができる。もちろ
ん、これらの処理プログラムをメモリに記憶させた専用
のコンピュータで処理してもよい。FIG. 2 shows a processing flowchart of the present embodiment. This process is performed by installing a program on a computer such as a workstation or a personal computer, and
This can be realized by sequentially executing U. Of course, these processing programs may be processed by a dedicated computer stored in a memory.
【００１８】図２において、まず設計対象となる構造物
の計算モデルを設定する。設計対象としては、例えば車
両ボデーとすることができ、計算モデルとしてはＦＥＭ
モデルを用いることができる。In FIG. 2, first, a calculation model of a structure to be designed is set. The design object can be, for example, a vehicle body, and the calculation model is FEM
A model can be used.
【００１９】ＦＥＭモデルを用いて構造物をモデル化し
た後、このＦＥＭモデルから代表点を抽出する（Ｓ１０
１）。図３（Ａ）には、各部材がはり要素で構成され、
各はりに中間節点を与えた２１節点のＦＥＭモデルが示
されている。図において、はりは符号１００で示されて
おり、節点は符号１０２で示され１〜２１まで番号が付
されている。各節点の自由度は６（３つの移動自由度と
３つの回転自由度）であるので、２１節点で合計１２６
の自由度を有する。このモデルの運動方程式は、After modeling the structure using the FEM model, a representative point is extracted from the FEM model (S10).
1). In FIG. 3A, each member is composed of a beam element,
A 21-node FEM model is shown, with each beam provided with an intermediate node. In the figure, the beam is indicated by reference numeral 100, and the nodes are indicated by reference numeral 102 and are numbered from 1 to 21. Since the degree of freedom of each node is 6 (three degrees of freedom of movement and three degrees of rotation), a total of 126 degrees at 21 nodes
Has a degree of freedom. The equation of motion for this model is
【数１】 で与えられる。ここで、Ｆは節点の力ベクトル、Ｕは節
点変位ベクトル、Ｍは質量マトリクス（１２６×１２
６）、Ｃは減衰マトリクス（１２６×１２６）、Ｋは剛
性マトリクス（１２６×１２６）、ωは角周波数であ
る。なお、車両モデルの場合、パネルなどが存在するた
め中間節点は一般に１つでは足りず、１０００以上もの
節点が必要となり、その自由度も著しく増大する。した
がって、図３（Ａ）に示されたＦＥＭモデルそのもので
解析すると、既述したように時間を要することになる。
そこで、解析に用いる節点をできるだけ少なくすること
が必要となる。(Equation 1) Given by Here, F is a nodal force vector, U is a nodal displacement vector, and M is a mass matrix (126 × 12
6), C is an attenuation matrix (126 × 126), K is a stiffness matrix (126 × 126), and ω is an angular frequency. In the case of a vehicle model, since there is a panel or the like, one intermediate node is generally not enough, and more than 1000 nodes are required, and the degree of freedom is significantly increased. Therefore, when analysis is performed using the FEM model itself shown in FIG. 3A, it takes time as described above.
Therefore, it is necessary to reduce the number of nodes used for analysis as much as possible.
【００２０】（１）式の右辺の[ ]内は、質量と減衰の
影響を陰に含んだ周波数の関数の剛性マトリクス（動剛
性マトリクス）と考えることができる。この観点に立つ
と、（１）式は、動剛性マトリクスが数式上、周波数の
関数で複素数であることを除けば静的な力−変位関係と
等価となる。（１）式を静的な力−変位関係と見直す
と、ｇｙａｎ縮退を利用し、中間節点を排することが可
能となる。The expression in the square brackets on the right side of the equation (1) can be considered as a stiffness matrix (dynamic stiffness matrix) of a function of a frequency that includes the influence of mass and attenuation. From this viewpoint, equation (1) is equivalent to a static force-displacement relationship except that the dynamic stiffness matrix is mathematically a complex function of frequency. When the equation (1) is redefined as a static force-displacement relation, it is possible to eliminate intermediate nodes using gyan degeneration.
【００２１】図３（Ｂ）には、ｇｙａｎ縮退により縮退
させ、中間節点を排除した代表点のみのＦＥＭモデルが
示されている。節点１〜２１のうち、部材間の結合節点
１、６、２、５、９、７、４、８、３のみで剛性マトリ
クスの力−変位関係が規定される。縮退した剛性マトリ
クスを用いで（１）式を定式化すると、FIG. 3 (B) shows an FEM model of only representative points which are degenerated by gyan degeneration and exclude intermediate nodes. Of the nodes 1 to 21, only the connection nodes 1, 6, 2, 5, 9, 7, 4, 8, 3 between the members define the force-displacement relationship of the rigid matrix. Formula (1) is formulated using the degenerated rigidity matrix,
【数２】 となる。ここで、Ｋｄは縮退した動剛性マトリクスであ
り、周波数依存性を有する。（２）式を行列形式で記述
すると、(Equation 2) Becomes Here, Kd is a degenerated dynamic stiffness matrix and has frequency dependence. When equation (2) is described in matrix form,
【数３】 となる。（１）式を（２）式で表現することで、代表点
として残した結合部の節点の振動応答は元のＦＥＭモデ
ルの計算結果と等価で、自由度を１２６から５４（９節
点×６自由度）に縮退させることができるので、振動応
答の計算速度を大幅に向上させることができる。(Equation 3) Becomes By expressing the equation (1) by the equation (2), the vibration response of the joint node left as a representative point is equivalent to the calculation result of the original FEM model, and the degree of freedom is from 126 to 54 (9 nodes × 6). (Degrees of freedom), so that the calculation speed of the vibration response can be greatly improved.
【００２２】一方、この縮退モデルに基づいて力−変位
関係を計算するためには（２）式の動剛性マトリクスＫ
ｄを算出する必要があるが、この動剛性マトリクスは以
下のようにして作成される（Ｓ１０２）。すなわち、ま
ずOn the other hand, in order to calculate the force-displacement relationship based on this degeneracy model, the dynamic rigidity matrix K
Although it is necessary to calculate d, this dynamic rigidity matrix is created as follows (S102). That is, first
【数４】 に示されるような動コンプライアンスマトリクスＫｄ-1
を算出し、次にその逆行列を求めることで動剛性マトリ
クスＫｄを作成する。（４）式を行列形式で記述する
と、(Equation 4) Dynamic compliance matrix Kd -1 as shown in
Is calculated, and then the inverse matrix is calculated to create a dynamic rigidity matrix Kd. When equation (4) is described in matrix form,
【数５】 となる。動コンプライアンスマトリクスＫｄ-1は変位−
力の関係を表現するもので、その各要素ｄｉｊは、ｉ点
を単位加振した時のｊ点の応答変位、つまり変位と力の
伝達関数に他ならない。なお、変位と力の伝達関数は、
一般に(Equation 5) Becomes The dynamic compliance matrix Kd -1 is the displacement-
Each element dij is a response displacement of the j point when the i point is unit-excited, that is, a transfer function of the displacement and the force. The transfer function of displacement and force is
In general
【数６】 で記述される。したがって、動コンプライアンスの要素
分だけ伝達関数を算出すれば動コンプライアンスマトリ
クスＫｄ-1を作成でき、これに基づき動剛性マトリクス
Ｋｄを作成することができる。動コンプライアンスの要
素分だけ伝達関数を算出する際、入力データを作成し一
回の周波数応答を計算するだけで容易に計算できる。(Equation 6) Is described. Therefore, if the transfer function is calculated for the dynamic compliance elements, the dynamic compliance matrix Kd- 1 can be created, and the dynamic rigidity matrix Kd can be created based on this. When calculating the transfer function for the dynamic compliance element, the transfer function can be easily calculated only by creating input data and calculating one frequency response.
【００２３】なお、図３では２１個の節点で縮退モデル
を作成しているが、例えば２節点でも２自由度でも同様
に縮退モデルを作成することができる。In FIG. 3, a reduced model is created with 21 nodes. However, a reduced model can be created similarly with two nodes or two degrees of freedom.
【００２４】以上のようにして動剛性マトリクスＫｄを
算出した後、一定の条件下で代表点の応答計算を行う
（Ｓ１０３）。一定の条件とは、具体的には目的関数や
制約条件、設計変数であり、例えば目的関数として評価
値である変位Ｕｐを最小にするためにｍｉｎ（Ｕｐ・Ｕ
ｐ＊）とし、制約条件としてＵｐ以外の変位変化量が初
期の２０％以内とし、設計変数として動剛性マトリクス
Ｋｄの各成分ｋｉｊとすることができる。これらは、一
定の変位範囲で、変位量を最小にするＫｉｊを求めるこ
とを意味する。代表点の応答計算は、モデルを加振し、
（４）、（５）式を用いて図３（Ｂ）に示された各節点
のうち評価点の振動Ｕｐを求めることで行う。そして、
求めたＵｐは目標値を満足しているか否か、例えばＵｐ
が５ｄＢ低減したか、あるいはＵｐ変化量が前回の３％
以内かを判定する。算出したＵｐが目標値を満足してい
ない場合には、動剛性マトリクスＫｄが未だ最適化され
ていないことを意味するので、動剛性マトリクスＫｄの
各要素Ｋｉｊを変更する。但し、徒にＫｉｊを変更して
も効率的ではないので、動剛性マトリクスＫｄの各要素
ｋｉｊの感度δＵｐ／δｋｉｊを算出して変位Ｕｐの寄
与部位を特定し（Ｓ１０５）、この感度を指針として効
率的に変更して最適化する（Ｓ１０６）。評価値である
ＵＰに対するＫｉｊの感度は、具体的には、After calculating the dynamic rigidity matrix Kd as described above, the response calculation of the representative point is performed under certain conditions (S103). The certain condition is, specifically, an objective function, a constraint condition, or a design variable. For example, min (Up · U
p *), the amount of change in displacement other than Up is within the initial 20% as a constraint, and each component kij of the dynamic stiffness matrix Kd can be used as a design variable. These means that Kij that minimizes the amount of displacement is determined within a certain displacement range. The response calculation of the representative point excites the model,
This is performed by obtaining the vibration Up of the evaluation point among the nodes shown in FIG. 3B using the equations (4) and (5). And
Whether the obtained Up satisfies the target value, for example, Up
Is reduced by 5dB or Up change amount is 3% of the previous time
It is determined whether it is within. If the calculated Up does not satisfy the target value, it means that the dynamic stiffness matrix Kd has not been optimized yet, and hence each element Kij of the dynamic stiffness matrix Kd is changed. However, since it is not efficient even if Kij is changed unnecessarily, the sensitivity δUp / δkij of each element kij of the dynamic stiffness matrix Kd is calculated to specify the contribution portion of the displacement Up (S105), and this sensitivity is used as a guideline. Optimization is performed by efficiently changing (S106). The sensitivity of Kij to the evaluation value UP is, specifically,
【数７】 により算出する。ここで、Ｕｐ＊はＵｐの共役複素数で
あり、（７）式においてＵｐのｋｉｊについての偏微分
を算出するには、(Equation 7) It is calculated by: Here, Up * is a complex conjugate of Up, and in order to calculate the partial derivative of Up with respect to kij in equation (7),
【数８】 の関係を用いて、(Equation 8) Using the relationship
【数９】 により算出することができる。ここでＫｄ-1は動コンプ
ライアンスであり、既に（４）式で算出されているので
これを用いればよい。感度を用いて動剛性マトリクスＫ
ｄを最適化するには、例えばＵｐに対してＫｉｊのうち
感度の高い成分を所定個数だけ抽出し、その部分の値を
変更することで行うことができる。(Equation 9) Can be calculated by Here, Kd -1 is the dynamic compliance, which has already been calculated by equation (4), and may be used. Dynamic stiffness matrix K using sensitivity
The optimization of d can be performed, for example, by extracting a predetermined number of components having high sensitivity in Kij with respect to Up and changing the value of that portion.
【００２５】寄与部位、すなわち感度の高い部分の成分
Ｋｉｊを変更して動剛性マトリクスＫｄを再形成した
後、Ｓ１０３の処理に再び移行して代表点の応答計算を
行い、評価値である変位量が目標値を満足しているか否
かを判定し、未だ満足していない場合にはさらにＳ１０
５及びＳ１０６で動剛性マトリクスＫｄを変更する。Ｓ
１０３〜Ｓ１０６の処理を繰り返すことで動剛性マトリ
クスＫｄが最適化され、ある時点で評価値である変位量
が目標値を満足すると処理を終了する（Ｓ１０７）。After the dynamic stiffness matrix Kd is re-formed by changing the contributing part, ie, the component Kij of the sensitive part, the process returns to S103 to calculate the response of the representative point and to calculate the displacement amount as the evaluation value. Is determined whether or not satisfies the target value.
In steps 5 and S106, the dynamic rigidity matrix Kd is changed. S
The dynamic stiffness matrix Kd is optimized by repeating the processing of 103 to S106, and when the displacement amount, which is the evaluation value, satisfies the target value at a certain time (S107).
【００２６】これにより、力が印加された場合にその変
位量が最小となる設計値を得ることができる。As a result, a design value that minimizes the amount of displacement when a force is applied can be obtained.
【００２７】たとえば、最適とする設計値としては剛性
値が考えられ、それに従属した断面寸法や板厚及び形状
との関係を導出しておけば、最適な断面寸法や板厚及び
形状を得ることができる。For example, a rigidity value can be considered as an optimum design value, and if a relation between the rigidity value and the sectional dimension, sheet thickness, and shape depending on the rigidity value is derived, an optimum sectional dimension, sheet thickness, and shape can be obtained. Can be.
【００２８】図４及び図５には、本実施形態の方法を車
体のキャビンを想定したモデルの設計に適用した場合の
結果が示されている。図４（Ａ）はＦＥＭモデルであ
り、約３００節点及び１５００自由度のモデルである。
（Ｂ）には（Ａ）のモデルを縮退したモデルが示されて
おり、２０節点及び１２０自由度のモデルである。図４
（Ｂ）において各節点の間の力−変位の関係は縮退した
動剛性マトリクスＫｄで記述される。節点１０をｙ方向
に加振した場合の節点２０のｚ方向を評価量とする。評
価量に対する動剛性要素Ｋｉｊの感度を算出し、寄与部
位を特定する。最大寄与部位（最大感度）は、節点１−
２と９−１０間のｙ方向の動剛性マトリクス成分に対応
する成分Ｋｉｊとなる。この寄与部分の剛性値を評価点
の振動を最小にする目的で最適化計算、すなわち最大寄
与部分の動剛性マトリクス値を変更して再計算し、判定
する処理を繰り返す処理を行う。FIGS. 4 and 5 show the results when the method of the present embodiment is applied to the design of a model assuming a cabin of a vehicle body. FIG. 4A shows an FEM model having about 300 nodes and 1500 degrees of freedom.
(B) shows a model obtained by degenerating the model of (A), which is a model having 20 nodes and 120 degrees of freedom. FIG.
In (B), the force-displacement relationship between the nodes is described by a degenerated dynamic stiffness matrix Kd. The z-direction of the node 20 when the node 10 is vibrated in the y-direction is used as the evaluation amount. The sensitivity of the dynamic stiffness element Kij to the evaluation amount is calculated, and the contributing part is specified. The maximum contributing site (maximum sensitivity) is at node 1-
The component Kij corresponds to the dynamic stiffness matrix component in the y direction between 2 and 9-10. For the purpose of minimizing the vibration of the evaluation point, the rigidity value of the contributing portion is subjected to optimization calculation, that is, the dynamic rigidity matrix value of the maximum contributing portion is changed, recalculated, and the process of determining is repeated.
【００２９】図５は、最大寄与部分を２種類の方法で変
更し、最適化した場合の結果が示されている。（Ａ）は
加振周波数と変位位相との関係であり、（Ｂ）は加振周
波数とイナータンスとの関係である。両図において、実
線は最適化前の初期の状態、一点鎖線は節点１−２、９
−１０間のｙ方向剛性を２０％減少させる最適化を行っ
た第１の変更の場合、二点鎖線は節点１−２、９−１０
間のｙ方向剛性を２０％減少させ、節点１−２、９−１
０間のｙ方向剛性を２０％減少させ、節点５−１３のｘ
方向剛性を２０％減少させ、節点４−１２間のｘ方向剛
性を２０％減少させ、節点３−１１間のｘ方向剛性を２
０％減少させ、節点４−８、１２−１６間のｘ方向剛性
を２０％減少させた第２の変更の場合の結果である。第
１、第２の変更とも、初期状態に比べて変位量が減少し
ており、改善されたモデルが得られている。FIG. 5 shows the result when the maximum contributing portion is changed and optimized by two methods. (A) shows the relationship between the excitation frequency and the displacement phase, and (B) shows the relationship between the excitation frequency and the inertance. In both figures, the solid line is the initial state before optimization, and the dashed line is the nodes 1-2, 9
In the case of the first modification, in which the stiffness in the y direction between −10 was reduced by 20%, the two-dot chain line indicates nodes 1-2 and 9-10.
20% reduction in the y-direction rigidity between nodes 1-2 and 9-1
The stiffness in the y direction between 0 is reduced by 20%, and the x
The stiffness in the direction is reduced by 20%, the stiffness in the x direction between the nodes 4 to 12 is reduced by 20%, and the stiffness in the x direction between the nodes 3 to 11 is reduced by 2%.
This is a result of the second modification in which the x-direction stiffness between the nodes 4-8 and 12-16 is reduced by 20% by 0%. In both the first and second changes, the displacement amount is smaller than in the initial state, and an improved model is obtained.
【００３０】なお、縮退モデルにおいて最適な動剛性マ
トリクスが得られた後は、縮退モデルから再びＦＥＭモ
デルに戻ってモデルの最適化を行うが、縮退モデルにお
いてどの節点間の剛性をどの程度変更すればよいか分か
っているので、ＦＥＭモデルにおいても従来以上に効率
的に剛性を最適化することができる。After the optimal dynamic stiffness matrix is obtained in the degenerate model, the model is optimized by returning from the degenerate model to the FEM model again. Since it is known whether the stiffness should be sufficient, the rigidity can be optimized more efficiently than before in the FEM model.
【００３１】また、変更したい剛性値と、ＦＥＭモデル
での断面寸法や板厚との関係が導出されていれば、瞬時
に最適寸法や最適板厚を得ることができる。If the relationship between the rigidity value to be changed and the cross-sectional dimensions and plate thickness in the FEM model has been derived, the optimum dimensions and plate thickness can be obtained instantaneously.
【００３２】また、本実施形態では、感度を算出した後
にこの感度を用いて効率的に動剛性マトリクスの最適化
を行っているが、感度を算出した後に単にこの感度のみ
を出力する、すなわちどの節点間の剛性が評価値の変位
に影響を与えるかについての情報のみを出力することも
可能である。ＦＥＭモデルで剛性値を変更する場合、こ
の感度の情報に基づいて最適化することも有益であろ
う。この場合、図２においてＳ１０６の代わりにＳ１０
５で特定した寄与部位を出力する処理とすればよい。In this embodiment, the sensitivity is calculated and then the dynamic stiffness matrix is efficiently optimized using the sensitivity. However, after the sensitivity is calculated, only this sensitivity is output. It is also possible to output only information on whether the rigidity between the nodes affects the displacement of the evaluation value. When changing the stiffness value in the FEM model, it may be beneficial to optimize based on this sensitivity information. In this case, in FIG.
What is necessary is just to perform the process of outputting the contribution part specified in 5.
【００３３】さらに、図２に示された処理フローチャー
トは、所定の言語で図２のアルゴリズムを記述したプロ
グラムを記録した媒体からコンピュータにインストール
し、コンピュータのＣＰＵがこのプログラムを逐次実行
することにより実現することができる。このような記録
媒体には、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ、ハードディスク、半
導体メモリなど、電磁気的、光学的、あるいは化学的に
情報を保持できる任意の媒体が含まれる。Furthermore, the processing flowchart shown in FIG. 2 is realized by installing the program in which the algorithm of FIG. 2 is described in a predetermined language from a recording medium into a computer, and the CPU of the computer sequentially executing the program. can do. Such a recording medium includes any medium capable of holding information electromagnetically, optically, or chemically, such as a CD-ROM, a DVD, a hard disk, and a semiconductor memory.
【００３４】以上、本発明の実施形態について、変位−
力（コンプライアンス）の動的応答を例にとり説明した
が、本発明の方法は他の動的応答にも適用することがで
きる。例えば、速度−力（モビリティ）の動的応答を伝
達関数で規定して縮退モデルを生成することも可能であ
り、この場合の伝達関数は、As described above, in the embodiment of the present invention, the displacement-
Although the dynamic response of force (compliance) has been described as an example, the method of the present invention can be applied to other dynamic responses. For example, it is also possible to generate a degenerate model by defining a dynamic response of speed-force (mobility) by a transfer function. In this case, the transfer function is:
【数１０】 となる。ここで、Ｕ（・）は変位ベクトルＵの時間微分
である速度ベクトルである。また、加速度−力（イナー
タンス）の動的応答を伝達関数で規定して縮退モデルを
生成することもできる。この場合、(Equation 10) Becomes Here, U (·) is a velocity vector that is a time derivative of the displacement vector U. Further, a degenerate model can be generated by defining a dynamic response of acceleration-force (inertance) by a transfer function. in this case,
【数１１】 となる。ここで、Ｕ（・・）は変位ベクトルＵの２階時
間微分である加速度ベクトルである。さらに、音圧−速
度（音響インピーダンス）の動的応答を伝達関数で規定
して縮退モデルを生成することもできる。この場合、[Equation 11] Becomes Here, U (··) is an acceleration vector that is a second-order time derivative of the displacement vector U. Further, a degenerate model can be generated by defining a dynamic response of sound pressure-speed (acoustic impedance) by a transfer function. in this case,
【数１２】 となる。ここで、Ｐは音圧ベクトル、Ｑは体積速度ベク
トル、Ｚはインピーダンスである。さらに、体積速度−
変位、力−音圧にも適用可能である。(Equation 12) Becomes Here, P is a sound pressure vector, Q is a volume velocity vector, and Z is impedance. Furthermore, the volume velocity-
It is also applicable to displacement, force-sound pressure.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
計算モデルを出発点としつつ短時間で感度を算出し、こ
の感度を用いて構造物の最適化を効率的に行うことがで
きる。As described above, according to the present invention,
The sensitivity can be calculated in a short time using the calculation model as a starting point, and the structure can be optimized efficiently using the sensitivity.
【図１】 本発明の設計方法の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a design method of the present invention.
【図２】 実施形態の処理フローチャートである。FIG. 2 is a processing flowchart of the embodiment.
【図３】 ＦＥＭモデル及びその縮退モデルの説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory diagram of an FEM model and its degenerate model.
【図４】 車体のキャビンを想定したモデルの設計に適
用した場合のＦＥＭモデル及びその縮退モデルの説明図
である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an FEM model and its degenerate model when applied to the design of a model that assumes a cabin of a vehicle body.
【図５】 図４のモデルに適用した場合の結果を示すグ
ラフ図である。FIG. 5 is a graph showing a result when applied to the model of FIG. 4;
１００ はり、１０２ 節点。 100 beams, 102 nodes.
フロントページの続き (72)発明者 鶴見 康昭 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 5B046 AA04 DA02 FA06 FA18 JA08Continued on the front page (72) Inventor Yasuaki Tsurumi 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi F-1 term in Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. 5B046 AA04 DA02 FA06 FA18 JA08
Claims (8)
伝達関数で規定することで前記計算モデルの縮退モデル
を生成するステップと、 （ｃ）前記縮退モデルにおいて評価値に対する応答感度
を算出するステップと、 を有することを特徴とする構造物の設計方法。1. A method for designing a structure, comprising: (a) setting a calculation model of the structure; and (b) defining a dynamic response between representative points in the calculation model by a transfer function. Generating a degenerate model of the computational model in (c); and calculating response sensitivity to an evaluation value in the degenerate model.
最適化するステップと、 を有することを特徴とする構造物の設計方法。2. The method according to claim 1, further comprising: (d) optimizing a stiffness value between the representative points based on the response sensitivity.
（ｄ）ステップは、 （ｄ１）前記応答感度に基づいて前記伝達関数を変更す
るステップと、 （ｄ２）変更された伝達関数を用いて前記代表点の評価
値が所定の条件を満たすか否かを判定するステップと、 を繰り返すことで最適化することを特徴とする構造物の
設計方法。3. The method according to claim 2, wherein the step (d) comprises: (d1) changing the transfer function based on the response sensitivity; and (d2) using the changed transfer function. A step of deciding whether or not the evaluation value of the representative point satisfies a predetermined condition; and repeating the steps to optimize the structure.
おいて、 前記動的な応答は、変位と力、速度と力、加速度と力、
音圧と速度のいずれかであることを特徴とする構造物の
設計方法。4. The method according to claim 1, wherein the dynamic response is a displacement and a force, a speed and a force, an acceleration and a force,
A method for designing a structure, wherein the method is one of sound pressure and speed.
ップでは前記伝達関数として動コンプライアンスマトリ
クスを算出することにより縮退された動剛性マトリクス
を算出し、前記（ｃ）ステップでは前記評価値である評
価変位に対する前記動剛性マトリクスの応答感度を算出
することを特徴とする構造物の設計方法。5. The dynamic stiffness matrix degenerated by calculating a dynamic compliance matrix as the transfer function in the step (b), wherein the dynamic response is displacement and force. And calculating the response sensitivity of the dynamic rigidity matrix to the evaluation displacement as the evaluation value in the step (c).
コンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記プログ
ラムはコンピュータに対して、少なくとも、構造物の計
算モデルにおける代表点間の動的な応答を伝達関数で規
定することで前記計算モデルの縮退モデルを生成させ、 前記縮退モデルにおいて評価値に対する応答感度を算出
させる、 ことを特徴とする記録媒体。6. A computer-readable medium having recorded thereon a program for designing a structure, wherein the program transmits to a computer at least a dynamic response between representative points in a calculation model of the structure. A degeneracy model of the calculation model is generated by defining the above, and response sensitivity to an evaluation value is calculated in the degeneration model.
グラムはさらに、 前記応答感度に基づき前記代表点相互の剛性値を最適化
させることを特徴とする記録媒体。7. The recording medium according to claim 6, wherein the program further optimizes a stiffness value between the representative points based on the response sensitivity.
変更し、変更された伝達関数を用いて前記代表点の評価
値を評価する処理の繰り返し実行であることを特徴とす
る記録媒体。8. The medium according to claim 7, wherein the optimization includes changing the transfer function based on the response sensitivity, and evaluating the evaluation value of the representative point using the changed transfer function. A recording medium characterized by being repeatedly executed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30518699A JP2001126087A (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Structure designing method and recording medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30518699A JP2001126087A (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Structure designing method and recording medium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001126087A true JP2001126087A (en) | 2001-05-11 |
Family
ID=17942099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30518699A Pending JP2001126087A (en) | 1999-10-27 | 1999-10-27 | Structure designing method and recording medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001126087A (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006294038A (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Dassault Systemes | Solver for restrained deformable system with released degree of freedom |
| JP2007011999A (en) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Method, apparatus, and program for evaluating structure |
| JP2008015635A (en) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Method and program for evaluating structure |
| JP2008267905A (en) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Toyota Motor Corp | System, method, and program for supporting measures to deal with vibration |
| JP2009059094A (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-19 | Toyota Motor Corp | Vibration analyzing system and vibration analyzing method |
| JP2010067022A (en) * | 2008-09-11 | 2010-03-25 | Toyota Central R&D Labs Inc | Method for designing structure, and program |
| CN102682174A (en) * | 2012-05-15 | 2012-09-19 | 上海森首光电科技有限公司 | Flexible finite element automatic analytical method based on sense data |
| US8533653B2 (en) | 2009-02-12 | 2013-09-10 | Fujitsu Limited | Support apparatus and method for simplifying design parameters during a simulation process |
| CN109710993A (en) * | 2018-12-06 | 2019-05-03 | 上海交通大学 | For the optimization method and system of detuning impeller disturbance rejection |
-
1999
- 1999-10-27 JP JP30518699A patent/JP2001126087A/en active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006294038A (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-26 | Dassault Systemes | Solver for restrained deformable system with released degree of freedom |
| JP2007011999A (en) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Method, apparatus, and program for evaluating structure |
| JP2008015635A (en) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Method and program for evaluating structure |
| JP2008267905A (en) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Toyota Motor Corp | System, method, and program for supporting measures to deal with vibration |
| JP2009059094A (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-19 | Toyota Motor Corp | Vibration analyzing system and vibration analyzing method |
| JP2010067022A (en) * | 2008-09-11 | 2010-03-25 | Toyota Central R&D Labs Inc | Method for designing structure, and program |
| US8533653B2 (en) | 2009-02-12 | 2013-09-10 | Fujitsu Limited | Support apparatus and method for simplifying design parameters during a simulation process |
| CN102682174A (en) * | 2012-05-15 | 2012-09-19 | 上海森首光电科技有限公司 | Flexible finite element automatic analytical method based on sense data |
| CN109710993A (en) * | 2018-12-06 | 2019-05-03 | 上海交通大学 | For the optimization method and system of detuning impeller disturbance rejection |
| CN109710993B (en) * | 2018-12-06 | 2020-11-06 | 上海交通大学 | Method and system for optimizing disturbance resistance of detuned impeller |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5239660B2 (en) | Structure design method and program | |
| Upadhyay et al. | Numerical analysis perspective in structural shape optimization: A review post 2000 | |
| JP2010250818A (en) | Method for obtaining optimal design of engineering product in topology optimization | |
| JP2001126087A (en) | Structure designing method and recording medium | |
| Zhang et al. | Adaptive ANCF method and its application in planar flexible cables | |
| Doke et al. | Vehicle concept modeling: A new technology for structures weight reduction | |
| Richiedei et al. | Simultaneous assignment of resonances and antiresonances in vibrating systems through inverse dynamic structural modification | |
| Zargar et al. | Investigation and optimization for the dynamical behaviour of the vehicle structure | |
| JP4923713B2 (en) | Modal model creation method of structure, computer program for creation of modal model, vibration analysis method of structure, and computer program for vibration analysis of structure | |
| JP4973296B2 (en) | Vibration countermeasure support system, vibration countermeasure support method, vibration countermeasure support program | |
| JP2009238223A (en) | System and method for constituting meta model based on radial basis function (rbf) used in engineering design | |
| JP2002215680A (en) | Method of designing structure, and recording medium | |
| Ortmann et al. | Crashworthiness design of cross-sections with the Graph and Heuristic based Topology Optimization incorporating competing designs | |
| JP6477411B2 (en) | Analysis program | |
| JP5282976B2 (en) | Contribution analysis method and apparatus | |
| CN116361919B (en) | Subframe data processing method and device, storage medium and electronic equipment | |
| JP2008234589A (en) | Structural design support system and structural design support program of vehicle body | |
| Mundo et al. | Concept design of vehicle bodies using reduced models of beams, joints and panels | |
| Kundra | Structural dynamic modifications via models | |
| Martino et al. | Two-port modeling and simulation of an electrodynamic shaker for virtual shaker testing applications | |
| JP2019169117A (en) | Structure design assist system | |
| JP2006185193A (en) | Method and device for calculating contribution to evaluation point | |
| JP4893516B2 (en) | Vibration calculation system | |
| Tebby et al. | Optimization of vehicle structure considering torsion stiffness using simple structural beam frame-approach | |
| Campbell et al. | Structural-acoustic analysis for the prediction of vehicle body acoustic sensitivities |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060720 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090526 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091110 |