固有値解析（モード解析）について

質問

自分の研究で鍛造機械（エアハンマー）の衝撃音を少しでも緩和できるように、固有値解析や衝突解析を行い、衝撃音緩和のための設計などに役立てようとしています。

現状は鍛造機械のCADデータをhypermeshでメッシュを切って各パーツごとで固有値解析を行ったのですが、実際自分でもなぜ固有値解析を行ったのかもわかりませんし、この結果によってどう衝撃音を緩和する設計に役立つのかがわかっていません。すべて組み立てた状態で解析した方がいいのでしょうか？？
またその解析データからどんなことを考えればよいのでしょうか？
本当に本当にお恥ずかしい話なのですが、どなたかこの分野に詳しい方がいたら教えていただけないでしょうか？？

またどんなことでも良いのでアドバイスなどあればお願いします。

回答No.2

noname#221368

#1さんの仰る事は、非常にもっともだと思います。思いますが、他分野の例を一つあげます。

　自分は土木の解析技術者として、20年くらいやってました。そこで固有振動解析を使う目的は、ずばり言って、次の一言です。

　　地震時に、地震の卓越周波数と、土木構造物（橋など）の固有周期が接近していると、構造物が地震と共鳴を起こし、変位が無制限に増大して危険である（ブランコを漕ぐ原理）。

　この状態は、#1さんの仰っている、
＞例えばシステム(鍛造機械)の固有振動数が、定期的な鍛造により発生する振動数と同じであれば、それはシステム破壊に繋がります。

と同じだろうと思います。しかし目的は、
＞衝撃音を少しでも緩和できるように・・・

と書かれていますので、もう少し違うアプローチが必要とも思えます（機械系の常識がないので、誤解しているかも知れません）。

　また部分構造に分割して、個々に固有振動解析を行う事は、土木系ではあり得ない事ではないのですが、それは土木構造物が、機械系に比べると、ある意味単純なせいです。場合によっては、ビルなどをトップに質量集中した杭と考え、基本挙動に関しては一質点系と考えた方が明解な結果を出せるのも事実です（加速度応答スペクトルの基本です）。
　しかしそれで十分でない場合、やはり全体系の固有振動解析を行い、部分系の固有モードへの寄与率などを指標に、判断を行います。機械系の構造は、まさにこの場合に相当する気がします。

　なので、やはり#1さんの次の一言だと思います。
＞まずその筋道をたて、それにCAEを使うという方向が妥当ではないでしょうか？。

　現在のCAEは一昔前に比べると、信じられないくらいに何でも出来るようになりました。それだけに、望めばどんな結果でも出す事が出来、言葉を変えれば、無意味に数値的に正しい結果を得る事すら可能です。

　その中で、「意味のある計算を選ぶ事」が、解析技術者の本分だと思います。
　頑張って下さい。工学系の解析技術は、理学系の理論と違って、やれば必ず理解出来るものです。

回答No.1

my3027

>すべて組み立てた状態で解析した方がいいのでしょうか？？
はい。そうしないとシステムとしての固有振動数が分かりません。

>またその解析データからどんなことを考えればよいのでしょうか？
例えばシステム(鍛造機械)の固有振動数が、定期的な鍛造により発生する振動数と同じであれば、それはシステム破壊に繋がります。

しかし衝撃音を緩和するパラメーターに、固有値が含まれるかどうかは私にはわかりません。単純に考えると、ハンマーによって与えられたエネルギが、衝撃音として散逸してるのでそれを減らすような因子を見つける事が大切です。また音と言っても、周波数で人の感じ方は違いますから、周波数を下げる様な事を考えてもいいかもしれません。

まずその筋道をたて、それにCAEを使うという方向が妥当ではないでしょうか？。最初から固有値解析ありきだと、何をやっているのかわからなくなって当然ですから・・・。