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METHOD FOR DETERMINING GEOMETRY OF STRUCTURE

Patent code P110003502
File No. V244P001
Posted date Jun 22, 2011
Application number P2005-213290
Publication number P2007-034421A
Patent number P4731233
Date of filing Jul 22, 2005
Date of publication of application Feb 8, 2007
Date of registration Apr 28, 2011
Inventor
  • (In Japanese)長松 昭男
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
  • (In Japanese)長松 昭男
Title METHOD FOR DETERMINING GEOMETRY OF STRUCTURE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for determining the geometry of a structure capable of determining, with greater ease and higher accuracy than conventional methods, the geometry of a structure having a desired natural frequency.
SOLUTION: For each of a plurality of finite elements, strain energy density U' and kinetic energy density T' are computed. Volume variation dV is computed on the assumption that for each of the plurality of finite elements, volume sensitivity dΩ/dV, a frequency difference dΩ, the natural frequency Ω1r of an estimated structure, strain energy density U' and kinetic energy density T' are in a relationship of dΩ/dV=(U'-T')/2Ω1r. The volume variation dV is found and the shape and dimensions of each finite element of the estimated structure are changed to provide a new estimated structure.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来、有限要素法などによる構造物の動解析技術を用いて、構造物の形状と寸法を変えながら固有振動数を算出し、目標とする固有振動数を有する構造物の形状寸法を決定することが広く行われている。例えば、特開平10-124705号公報(特許文献1)には、有限要素法を用いて固有振動数を算出して、 長尺積層物を設計する技術が開示されている。
【特許文献1】
特開平10-124705号公報

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物の形状寸法を決定することをコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物の形状寸法を決定することをコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法であって、
前記目標とする固有振動数に近い固有振動数Ω1rを有すると推定される推定構造物について前記固有振動数Ω1rを演算する第1の工程と、
前記目標とする固有振動数Ω0rと前記推定構造物の前記固有振動数Ω1rとの振動数差dΩ(=|Ω0r-Ω1r|)を演算する第2の工程と、
前記振動数差dΩが予め定めた設定値以下か否かを判定し、前記振動数差dΩが前記設定値以下であれば、前記推定構造物を前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物であると決定し、前記振動数差dΩが前記設定値より大きければ、前記推定構造物は前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物ではないと決定する第3の工程と、
前記推定構造物が複数の有限な要素によって構成されているものと仮定し、前記複数の有限な要素のそれぞれについて、ひずみエネルギー密度U´と運動エネルギー密度T´を演算する第4の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについての体積感度dΩ/dVと、前記振動数差dΩと、前記推定構造物の前記固有振動数Ω1rと、前記ひずみエネルギー密度U´と前記運動エネルギー密度T´とが、下記の関係にあることを前提にして、
dΩ/dV=(U´-T´)/2Ω1r
前記複数の有限な要素のそれぞれについて、体積変化量dVを演算する第5の工程と、
前記目標とする固有振動数に前記推定構造物の固有振動数を段階的に収斂させるのに必要な収斂指数または収斂係数を用いて前記複数の有限な要素のそれぞれについて演算した体積変化量dVを修正する第6の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについて前記第6の工程で修正した体積変化量dV´に基づいて、前記推定構造物の形状及び寸法を変更して新たな推定構造物とする第7の工程とを実施し、
前記第3の工程で前記新たな推定構造物が前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物であることが決定されるまで、前記新たな推定構造物を用いて前記第1乃至第7の工程を繰り返すことにより前記目標とする固有振動数Ω0rを有する前記構造物の形状寸法を決定することを特徴とするコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法。

【請求項2】
 
前記第6の工程では、前記体積変化量dVを1以下の収斂指数αによって、(dV)αとなるように修正することを特徴とする請求項1に記載のコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法。

【請求項3】
 
前記第6の工程では、前記体積変化量dVを1以下の収斂係数αによって、α(dV)となるように修正することを特徴とする請求項1に記載のコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法。

【請求項4】
 
前記第7の工程では、前記複数の有限な要素のそれぞれについて前記第6の工程で修正した体積変化量dV´を発生させるのに必要な温度変化量を演算し、前記複数の有限な要素のそれぞれについて演算した温度変化量の温度分布に基づいて、前記推定構造物の形状及び寸法を変化させて前記新たな推定構造物を得る請求項1に記載のコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法。

【請求項5】
 
目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物の形状寸法を決定することをコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法であって、
前記目標とする固有振動数に近い固有振動数Ω1rを有すると推定される推定構造物について前記固有振動数Ω1rを演算する第1の工程と、
前記目標とする固有振動数Ω0rと前記推定構造物の前記固有振動数Ω1rとの振動数差dΩ(=|Ω0r-Ω1r|)を演算する第2の工程と、
前記振動数差dΩが予め定めた設定値以下か否かを判定し、前記振動数差dΩが前記設定値以下であれば、前記推定構造物を前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物であると決定し、前記振動数差dΩが前記設定値より大きければ、前記推定構造物は前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物ではないと決定する第3の工程と、
前記推定構造物が複数の有限な要素によって構成されているものと仮定し、前記複数の有限な要素のそれぞれについて、ひずみエネルギー密度U´と運動エネルギー密度T´を演算する第4の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについての体積感度dΩ/dVと、前記振動数差dΩと、前記推定構造物の前記固有振動数Ω1rと、ひずみエネルギー密度U´と運動エネルギー密度T´とが、下記の関係にあることを前提にして、
dΩ/dV=(U´-T´)/2Ω1r
前記複数の有限な要素のそれぞれについて、体積変化量dVを演算する第5の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについて前記第5の工程で演算した体積変化量dVを発生させるのに必要な温度変化量を演算する第6の工程と、
前記目標とする固有振動数に前記推定構造物の固有振動数を段階的に収斂させるのに必要な収斂指数または収斂係数を用いて前記複数の有限な要素のそれぞれについて前記第6の工程で演算した温度変化量を修正する第7の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについて前記第7の工程で修正された温度変化量の温度分布に基づいて、前記推定構造物の形状及び寸法を変化させて前記新たな推定構造物を得る第8の工程とを実施し、
前記第3の工程で前記新たな推定構造物が前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物であることが決定されるまで、前記新たな推定構造物を用いて前記第1乃至第8の工程を繰り返すことにより前記目標とする固有振動数Ω0rを有する前記構造物の形状寸法を決定することを特徴とするコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法。

【請求項6】
 
目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物の形状寸法を決定することをコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法であって、
前記目標とする固有振動数に近い固有振動数Ω1rを有すると推定される推定構造物について前記固有振動数Ω1rを演算する第1の工程と、
前記目標とする固有振動数Ω0rと前記推定構造物の前記固有振動数Ω1rとの振動数差dΩ(=|Ω0r-Ω1r|)を演算する第2の工程と、
前記推定構造物が複数の有限な要素によって構成されているものと仮定し、前記複数の有限な要素のそれぞれについて、ひずみエネルギー密度U´と運動エネルギー密度T´を演算する第3の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについての体積感度dΩ/dVと、前記振動数差dΩと、前記推定構造物の前記固有振動数Ω1rと、前記ひずみエネルギー密度U´と前記運動エネルギー密度T´とが、下記の関係にあることを前提にして、
dΩ/dV=(U´-T´)/2Ω1r
前記複数の有限な要素のそれぞれについて、体積変化量dVを演算する第4の工程と、
前記目標とする固有振動数に前記推定構造物の固有振動数を段階的に収斂させるのに必要な収斂指数または収斂係数を用いて前記複数の有限な要素のそれぞれについて演算した体積変化量dVを修正する第5の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについて前記第5の工程で修正した体積変化量dV´に基づいて、前記推定構造物の形状及び寸法を変更して新たな推定構造物とする第6の工程と、
前記振動数差dΩが予め定めた設定値以下か否かを判定し、前記振動数差dΩが前記設定値以下であれば、前記推定構造物を前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物であると決定し、前記振動数差dΩが前記設定値より大きければ、前記推定構造物は前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物ではないと決定する第7の工程とを実施し、
前記第7の工程で前記新たな推定構造物が前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物であることが決定されるまで、前記新たな推定構造物を用いて前記第1乃至第7の工程を繰り返すことにより前記目標とする固有振動数Ω0rを有する前記構造物の形状寸法を決定することを特徴とするコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法。

【請求項7】
 
目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物の形状寸法を決定することをコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法であって、
前記目標とする固有振動数に近い固有振動数Ω1rを有すると推定される推定構造物について前記固有振動数Ω1rを演算する第1の工程と、
前記目標とする固有振動数Ω0rと前記推定構造物の前記固有振動数Ω1rとの振動数差dΩ(=|Ω0r-Ω1r|)を演算する第2の工程と、
前記推定構造物が複数の有限な要素によって構成されているものと仮定し、前記複数の有限な要素のそれぞれについて、ひずみエネルギー密度U´と運動エネルギー密度T´を演算する第3の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについての体積感度dΩ/dVと、前記振動数差dΩと、前記推定構造物の前記固有振動数Ω1rと、前記ひずみエネルギー密度U´と前記運動エネルギー密度T´とが、下記の関係にあることを前提にして、
dΩ/dV=(U´-T´)/2Ω1r
前記複数の有限な要素のそれぞれについて、体積変化量dVを演算する第4の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについて前記第4の工程で演算した体積変化量dVを発生させるのに必要な温度変化量を演算する第5の工程と、
前記目標とする固有振動数に前記推定構造物の固有振動数を段階的に収斂させるのに必要な収斂指数または収斂係数を用いて前記複数の有限な要素のそれぞれについて前記第5の工程で演算した体温度変化量を修正する第6の工程と、
前記複数の有限な要素のそれぞれについて前記第6の工程で修正された温度変化量の温度分布に基づいて、前記推定構造物の形状及び寸法を変化させて前記新たな推定構造物を得る第7の工程と、
前記振動数差dΩが予め定めた設定値以下か否かを判定し、前記振動数差dΩが前記設定値以下であれば、前記推定構造物を前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物であると決定し、前記振動数差dΩが前記設定値より大きければ、前記推定構造物は前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物ではないと決定する第8の工程とを実施し、
前記第8の工程で前記新たな推定構造物が前記目標とする固有振動数Ω0rを有する構造物であることが決定されるまで、前記新たな推定構造物を用いて前記第1乃至第8の工程を繰り返すことにより前記目標とする固有振動数Ω0rを有する前記構造物の形状寸法を決定することを特徴とするコンピュータが実施する構造物の形状寸法決定方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2005213290thum.jpg
State of application right Registered
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