周波数応答解析の手順

周波数応答解析とは

周波数応答解析とはある対象物に一定の周波数を加振した場合、その対象物の変位や速度、加速度の応答を計算するものです。

固有値計算を実施すると変位が○○mmと表示されることがありますが、これは実際これだけ変位があるという意味ではなく相対比較のために数値化しているだけのものです。

では、この変位の実際の数値を求めることはできるのでしょうか？

ここで、周波数応答解析を行うことによって。この数値が実際にどの程度になりそうかを計算することができます。「実際に」と記載しましたが、解析はあくまでも参考値の位置づけになります。なぜなら周波数応答解析で定義する減衰比は実際、どの程度になるかわからないためです。そのため最終的には実機の測定結果との整合が必要になってきますが振動対策をする上では対策前後の効果を相対的に評価するものとして周波数応答解析は良いツールとなります。

本記事では、こちらの記事で計算したものと同じPrePoMaxを使用して周波数応答解析を実施する手順について紹介します。

周波数応答解析の手順

周波数応答解析を実施するにあたって、まず固有値解析をする必要があります。

解析モデル

こちらの記事で紹介した解析モデルを使用します。

解析の手順

こちらの記事で紹介した固有値解析を実施したデータを流用しPrePoMaxで周波数応答解析を実施していきます。

モード1次の周波数が152Hzで台中央が太鼓のように揺れており、太鼓の中心部（腹と呼びます）のNode ID 230553が最も変位が高いため、このNodeが152Hz付近でどの程度の変位になっているかを周波数応答解析で確認します。

図：固有値解析の結果（モード1次）

流れは以下の通りです。

固有値解析の設定

周波数解析を行うためには、事前に実施した固有値解析の設定を一部確認する必要があります。

固有値解析（Frequency Step）を設定したStepを右クリックし、StorageをYesに設定します。こうすることで、固有値解析の計算結果を保存するので、周波数応答解析の際に固有値解析の計算結果を使用することができます。

逆にNoに設定した場合は周波数応答解析の計算の際に「*ERROR in steadystate: cannot open eigenvalue file for reading」と表示されエラーになります。

図：固有値解析の設定

Steady State Dynamics Stepの設定

Step → Step → Createを選択しCreate StepのTypeのウィンドウからSteady State Dynamics Stepを選択します。

Propertiesのデフォルトはv2.4.0では下記のようになっておりますが以下の項目のみ設定を変更しました。

Lower frequency bound : 147Hz
Upper frequency bound : 157Hz
Number of data points : 10
Bias :1
Damping type : Constant
Damping ratio : 0.02

図：デフォルトの設定値

図：変更した設定値

Lower/Upper frequency boundは固有値解析モード1次の152Hz付近を計算するため152±5Hzの値としました。Number of data points は10とし、ちょうど1Hz刻みで計算をする設定としました。0Hzから300Hzまで、Number of data points は300など、自由に設定することができますが、計算するdata points が多くなるほど計算時間が長くなったりフリーズしたりするため、なるべく計算する周波数の範囲を抑えつつ細かく周波数を区切るようにしました。

Damping ratio（減衰比）は0.02にしました。こちらの記事で記載されていた金属の構造体：0.02から0.04を参考にしました。

減衰比は大きいほどピーク値がなだらかになり変位が小さくなります。減衰比を変えることで計算結果は如何様にも変わるため、実際に実機で減衰比がどのようになっているか把握することが重要です。