JP5750788B2 - 構造物の振動特性の測定方法および振動特性測定装置 - Google Patents
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Description
[2]工程Aにおいて、前記インパルス入力が前記構造物に作用した作用時間Lを求め;工程Cにおいて、工程Aで測定した応答出力および作用時間Lと、工程Bで求めたインパルス入力Fとから、前記構造物のFRFを測定する、[1]に記載の測定方法。
[3]前記インパルス入力は、前記構造物の表面に前記レーザ光をパルス照射してアブレーションを発生させることで前記構造物に作用させられるインパルス加振力である、[1]または[2]に記載の測定方法。
[4]前記インパルス入力は、前記構造物の近傍に前記レーザ光をパルス照射してブレイクダウンを発生させることで前記構造物に作用させられるインパルス加振音圧である、[1]または[2]に記載の測定方法。
[5]工程Bにおいて、剛体ブロックの表面にレーザ光を照射してアブレーションを生じさせたときの前記剛体ブロックの加速度の大きさに対応するパワースペクトルと、前記剛体ブロックの質量とから、ニュートンの第2法則に基づいて、前記レーザ光のレーザ強度と前記レーザ光によるインパルス入力との関係を求める、[3]に記載の測定方法。
[6]工程Bにおいて、剛体ブロックの近傍にレーザ光を照射してブレイクダウンを生じさせたときの前記剛体ブロックの加速度の大きさに対応するパワースペクトルと、前記剛体ブロックの質量とから、ニュートンの第2法則に基づいて、前記レーザ光のレーザ強度と前記レーザ光によるインパルス入力との関係を求める、[4]に記載の測定方法。
[7]工程Aで測定される応答出力は、前記構造物に取り付けられた接触式センサまたは前記構造物に取り付けられていない非接触式センサにより測定される、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の測定方法。
[8]工程Aで測定される応答出力は、前記構造物の加速度応答または速度応答である、[1]〜[7]のいずれか一項に記載の測定方法。
[9]工程Cにおいて、工程Aで測定された応答出力から得られる周波数と振動振幅との複素フーリエスペクトルを、工程Bで求めたインパルス入力Fで除すことにより、前記構造物の周波数応答の振幅値を測定する、[1]〜[8]のいずれか一項に記載の測定方法。
[10]工程Cにおいて、工程Aで測定された応答出力から得られる周波数と振動振幅との複素フーリエスペクトルを、工程Bで求めたインパルス入力Fで除し、かつ工程Aで求めた作用時間Lによって位相特性を補正することにより、前記構造物のFRFを測定する、[1]〜[8]のいずれか一項に記載の測定方法。
[11]前記周波数応答の周波数帯域は、10kHz以上の帯域を含む、[1]〜[10]のいずれか一項に記載の測定方法。
[12]前記工程Aにおいて、前記構造物は、液体中、気体中または真空中に配置されている、[1]〜[11]のいずれか一項に記載の測定方法。
実施例1では、構造物の表面にレーザ光を照射して、LAによるインパルス加振力を構造物に作用させた例を示す。
図1は、本実験で使用したインパルス加振システムの構成を示す模式図である。図1に示されるように、高出力YAGパルスレーザ100(Surelite II;Continuum社;波長1064nm,出力0.65J,パルス幅5ナノ秒)を光学定盤110の上に設置した。YAGパルスレーザ100からのレーザ光120を球面両凸レンズ130(SLB−30B−100P;シグマ光機株式会社)を通して構造物140の表面に集光した。高出力YAGパルスレーザ100のレーザ出力は、0.21Jとした。また、構造物140の表面におけるレーザ光120のスポット径は、2μmとした。
剛体振り子法によってレーザ強度とインパルス加振力との関係を規格化した。まず、剛体振り子法によるレーザ強度とインパルス加振力との関係を規格化するための剛体ブロック160を用意した。剛体ブロック160の形状は、加速度センサ170の取り付け、および入手や製作の容易性から1辺20mmの立方体とした。剛体ブロック160の材料は、構造物140と同様にアルミニウムとした。剛体ブロック160の質量を、電子天秤(EK−3000i;株式会社エー・アンド・デイ社製,分解能0.1g)で測定したところ、21.8gであった。
図1に示されるインパルス加振システムを用いて、構造物140の自己FRFを測定した。構造物140の点A(図2参照)にレーザ光120を集光してLAを発生させて、構造物140にインパルス加振力を作用させた(レーザ出力:0.21J)。図7は、このときの構造物140の加速度応答を示すグラフである。図8は、このときのパワースペクトルを示すグラフである。
次に、構造物140の点D−A間(図2参照)の相互FRF(HD−A)、および点A-D間(図2参照)の相互FRF(HA−D)を図10Aに示す(実線はHD−A、破線はHA−D)。図10Bには、比較のために、FEAにより求めたFRFを示している。図10Aに示されるように、相互FRF(HD−A)と相互FRF(HA−D)とが、よく一致している。このように、入力点と出力点を入れ替えても同じ相互FRFが得られているので、線形系の仮定を満足しており、マックスウェルの相反定理が成立している。このため、FRFの信頼性が高く、本発明の測定方法がFRFの測定に有効であることがわかる。仮に、線形系の仮定を満足しない場合は、FRFの信頼性が低く、その測定方法はFRFの測定に適していないといえる。この場合、実験系装置や供試体(アルミブロック)が非線形性を有しているか、加振力が不足していると考えられる。
実施例2では、水中の構造物の表面にレーザ光を照射して、LAによるインパルス加振力を構造物に作用させた例を示す。
図12は、本実験で使用したインパルス加振システムの構成を示す模式図である。図12に示されるように、高出力YAGパルスレーザ200(Surelite III;Continuum社;波長1064nm,出力1J,パルス幅5ナノ秒)を光学定盤210の上に設置した。YAGパルスレーザ200からのレーザ光220を球面平凸レンズ230(SLB−30−200P;シグマ光機株式会社)を通して構造物240の表面に照射した。高出力YAGパルスレーザ200のレーザ出力は、0.141Jとした。また、構造物240の表面におけるレーザ光220のスポット径は、2μmとした。
剛体振り子法によってレーザ強度とインパルス加振力との関係を規格化した。まず、剛体振り子法によるレーザ強度とインパルス加振力との規格化のための剛体ブロック260を用意した。剛体ブロック260は、実施例1と同様にアルミニウムの立方体(1辺20mm)を使用した。図14に示されるように、剛体ブロック260は、水中において、エアクッション270により自由支持されている。
図12に示されるインパルス加振システムを用いて、構造物240の自己FRFを測定した。構造物240の点A(図13参照)にレーザ光220を集光してLAを発生させて、構造物240にインパルス加振力を作用させた。
参考例1では、構造物の表面近傍の空間にレーザ光を照射して、LIBによるインパルス加振音圧を構造物に作用させた例を示す。
図18は、本実験で使用したインパルス加振システムの構成を示す模式図である。図18に示されるように、高出力YAGパルスレーザ300(Surelite III;Continuum社;波長1064nm,出力1J,パルス幅5ナノ秒)を光学定盤310の上に設置した。YAGパルスレーザ300からのレーザ光320を球面平凸レンズ330(SLB−30−300P;シグマ光機株式会社)を通して構造物340の表面近傍の空間に集光した。
図18に示されるインパルス加振システムを用いて、構造物340の加速度応答を測定した。
参考例2では、真空中に配置した構造物(樹脂フィルム)にレーザ光を照射して、LAによるインパルス加振力を構造物に作用させた例を示す。
図21は、本実験で使用したインパルス加振システムの構成を示す模式図である。図21に示されるように、高出力YAGパルスレーザ400(Surelite III;Continuum社;波長1064nm,出力1J,パルス幅5ナノ秒)を光学定盤410の上に設置した。YAGパルスレーザ400からのレーザ光420を凸レンズ430(焦点距離100mm)を通して構造物440(樹脂フィルム)の表面に貼り付けられたアルミニウムプレート470に照射した。
図21に示されるインパルス加振システムを用いて、構造物440の振動応答を測定した。
110,210,310,410 光学定盤
120,220,320,420 レーザ光
130,230,330,430 凸レンズ
140,240,340,440 構造物
150,170,350 加速度センサ
160,260 剛体ブロック
250,450 レーザドップラー振動計
270 エアクッション
360 無響箱
370 集光点
460 真空チャンバ
470 アルミニウムプレート
480 リフレクター
Claims (10)
- 構造物にインパルス入力を作用させて、前記構造物の振動特性を測定する方法であって、
構造物の表面またはその近傍にレーザ光をパルス照射して前記構造物にインパルス入力を作用させ、前記インパルス入力が作用した前記構造物からの応答出力を測定する工程Aと、
剛体振り子法によって、レーザ光のレーザ強度と、前記レーザ光によるインパルス入力との関係を求め、前記関係に基づいて前記構造物にパルス照射したレーザ光のレーザ強度に対応するインパルス入力Fを求める工程Bと、
前記工程Aで測定した応答出力から得られる周波数と振動振幅との複素フーリエスペクトルを、前記工程Bで求めたインパルス入力Fで除すことにより、力の大きさで正規化された複素フーリエスペクトルを算出する工程Cと、
を含む測定方法。 - 工程Aにおいて、前記インパルス入力が前記構造物に作用した作用時間Lを求め、
工程Cにおいて、工程Aで測定した応答出力から得られる周波数と振動振幅との複素フーリエスペクトルを、工程Bで求めたインパルス入力Fで除し、かつ工程Aで求めた作用時間Lによって位相特性を補正することにより、前記構造物の周波数応答関数を算出する、
請求項1に記載の測定方法。 - 前記インパルス入力は、前記構造物の表面に前記レーザ光をパルス照射してアブレーションを発生させることで前記構造物に作用させられるインパルス加振力である、請求項1に記載の測定方法。
- 前記インパルス入力は、前記構造物の近傍に前記レーザ光をパルス照射してブレイクダウンを発生させることで前記構造物に作用させられるインパルス加振音圧である、請求項1に記載の測定方法。
- 工程Bにおいて、剛体ブロックの表面にレーザ光を照射してアブレーションを生じさせたときの前記剛体ブロックの加速度の大きさに対応するパワースペクトルと、前記剛体ブロックの質量とから、ニュートンの第2法則に基づいて、前記レーザ光のレーザ強度と前記レーザ光によるインパルス入力との関係を求める、請求項3に記載の測定方法。
- 工程Bにおいて、剛体ブロックの近傍にレーザ光を照射してブレイクダウンを生じさせたときの前記剛体ブロックの加速度の大きさに対応するパワースペクトルと、前記剛体ブロックの質量とから、ニュートンの第2法則に基づいて、前記レーザ光のレーザ強度と前記レーザ光によるインパルス入力との関係を求める、請求項4に記載の測定方法。
- 工程Aで測定される応答出力は、前記構造物に取り付けられた接触式センサまたは前記構造物に取り付けられていない非接触式センサにより測定される、請求項1に記載の測定方法。
- 工程Aで測定される応答出力は、前記構造物の加速度応答または速度応答である、請求項1に記載の測定方法。
- 前記周波数応答の周波数帯域は、10kHz以上の帯域を含む、請求項1に記載の測定方法。
- 前記工程Aにおいて、前記構造物は、液体中、気体中または真空中に配置されている、請求項1に記載の測定方法。
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