JP6601267B2 - Evaluation method for structures - Google Patents
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Description
本発明は、構造物の評価方法に関する。 The present invention relates to a structure evaluation method.
近年、高度経済成長期に建設された構造物が老朽化している。構造物の老朽化が原因となる事故や損傷事例が、数多く報告されている。特にベルトコンベアフレームや配管架台に代表される産業用の鋼製の構造物は、外部環境に直接晒される場合が多いこともあり、突然崩壊するという事態がしばしば発生している。
従って、産業用の鋼製の構造物では、腐食劣化にともなうリスクを最小限に抑えるために、その構造物の健全性を正しく把握することが維持管理上の重要な課題の一つとなっている。
In recent years, structures built during the period of high economic growth have become obsolete. Many accidents and damage cases due to aging of structures have been reported. In particular, industrial steel structures represented by belt conveyor frames and piping mounts are often directly exposed to the external environment, and often suddenly collapse.
Therefore, in order to minimize the risks associated with corrosion deterioration in industrial steel structures, it is one of the important maintenance issues to correctly grasp the soundness of the structure. .
構造物全体を評価対象である評価対象部とした場合の構造物の評価方法として、特許文献1及び2に記載されたものが知られている。
As an evaluation method of a structure when the entire structure is an evaluation target part that is an evaluation target, those described in
しかしながら、特許文献1及び2の構造物の評価方法は、20Hz(ヘルツ)程度以下の低い振動数(周波数)に対応した振動モードを評価の対象としている。このため、評価対象部が構造物を構成する部材の一部のような構造物全体に比べて小型の部材であるときに、この評価対象部の損傷等を感度良く評価できないという問題がある。
However, the structure evaluation method disclosed in
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、評価対象部が構造物全体に比べて小型の部材であっても評価対象部を感度良く評価することができる構造物の評価方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and is a structure that can evaluate the evaluation target portion with high sensitivity even if the evaluation target portion is a small member compared to the entire structure. The purpose is to provide an evaluation method.
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも1つが前記評価対象部の厚さが薄くなることで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記振動数比較工程では、前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとすることを特徴としている。
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも1つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。
一般的に、評価対象部は厚さが薄くなることで評価対象変化部となるため、評価対象部をより確実に評価することができる。
また、測定した評価対象変化部の厚さを定量的に求めることができる。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The structure evaluation method of the present invention has a plurality of evaluation object parts, and in the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation object parts are equal structures, and in the evaluation state, the plurality of evaluation object parts. Is a structure evaluation method for evaluating what has become an evaluation object change part by reducing the thickness of the evaluation object part, and measuring vibration of the structure in the evaluation state A spectrum acquisition step for acquiring a time waveform of vibration speed, analyzing the frequency waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum, and specifying a natural frequency and a vibration mode from the frequency-specific spectrum From the difference between the natural frequency at which only the evaluation target part vibrates in the same order of the vibration mode and the natural frequency at which only the evaluation target changing part vibrates, the evaluation target There rows and frequency comparison step, the to evaluate the performance of the unit, in the frequency comparison step, said from the natural frequency and the vibration mode identified in a particular step, the evaluation object change portion or the structure By calculating and analyzing the measurement flexibility matrix that is the flexibility matrix of the evaluation object, the analysis flexibility matrix that is the flexibility matrix of the evaluation object changing part or the structure when the thickness of the evaluation object part is changed is calculated. The thickness of the evaluation object changing portion when the value obtained by dividing the difference between the analytic flexibility matrix and the measurement flexibility matrix by the size of the measurement flexibility matrix is equal to or less than a predetermined allowable value. The thickness is the measured thickness of the evaluation object changing portion .
According to this invention, the natural frequency differs even in the order of the same vibration mode in the evaluation object changing part and the evaluation object part in which at least one of the plurality of specifications of the evaluation object part has changed. By selecting the vibration mode, the evaluation target part and the evaluation target change part can be evaluated with high sensitivity even if the evaluation target part is a small member such as a part of a structure.
Generally, since the evaluation target portion becomes an evaluation target changing portion when the thickness is reduced, the evaluation target portion can be more reliably evaluated.
Moreover, the thickness of the measured evaluation object change part can be obtained quantitatively.
また、本発明の他の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも1つが複数の前記諸元の少なくとも1つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態で、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の中央部が弦のように振動する横振動による振動モードであることを特徴としている。Further, another structure evaluation method of the present invention has a plurality of evaluation target portions, and in the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation target portions are equal to each other, and in the evaluation state, a plurality of evaluation target portions. In the evaluation method of a structure, at least one of the evaluation target portions evaluates what has become an evaluation target change portion by changing at least one of the plurality of specifications, and in the evaluation state, A spectrum acquisition step of measuring vibration to obtain a time waveform of vibration speed, analyzing the time waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum, and a natural frequency and vibration from the frequency-specific spectrum. A specific step of specifying a mode, and the natural frequency at which only the evaluation target part vibrates in the same order of the vibration mode and the natural frequency at which only the evaluation target changing part vibrates. The frequency comparison step for evaluating the performance of the evaluation object changing unit is performed, and the same vibration mode in the frequency comparison step is fixed at both ends of the evaluation object unit and the evaluation object changing unit. In this state, the center part of the evaluation object part and the evaluation object changing part is a vibration mode by lateral vibration that vibrates like a string.
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも1つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。According to this invention, the natural frequency differs even in the order of the same vibration mode in the evaluation object changing part and the evaluation object part in which at least one of the plurality of specifications of the evaluation object part has changed. By selecting the vibration mode, the evaluation target part and the evaluation target change part can be evaluated with high sensitivity even if the evaluation target part is a small member such as a part of a structure.
ここで言う評価対象部及び評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態とは、評価対象部及び評価対象変化部の両端部が溶接等によって剛結固定となっている状態、ボルト接合等によって半剛結固定となっている状態、あるいは、ピン結合となっている状態を意味する。The state where both ends of the evaluation target part and the evaluation target changing part are fixed here means a state where both end parts of the evaluation target part and the evaluation target changing part are rigidly fixed by welding or the like, bolt joining, etc. Means a semi-rigid fixed state or a pin-coupled state.
また、上記の構造物の評価方法において、複数の前記諸元の少なくとも1つが変化することは、前記評価対象部の厚さが薄くなることであってもよい。In the structure evaluation method described above, the change of at least one of the plurality of specifications may be a reduction in the thickness of the evaluation target portion.
一般的に、評価対象部は厚さが薄くなることで評価対象変化部となる。この発明によれば、評価対象部をより確実に評価することができる。 Generally, an evaluation object part becomes an evaluation object change part because thickness becomes thin. According to this invention, an evaluation object part can be evaluated more reliably.
また、上記の構造物の評価方法において、前記振動数比較工程では、前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとしてもよい。Further, in the structure evaluation method, in the vibration frequency comparison step, the measurement is a flexible matrix of the evaluation object changing portion or the structure from the natural frequency and the vibration mode specified in the specifying step. By calculating and analyzing a flexibility matrix, an analysis flexibility matrix that is a flexibility matrix of the evaluation object changing portion or the structure when the thickness of the evaluation object portion is changed is calculated, and the analysis flexibility matrix The value obtained by dividing the difference between the measurement flexibility matrix and the measurement flexibility matrix is equal to or less than a predetermined allowable value. It may be the thickness of the evaluation object changing portion.
この発明によれば、測定した評価対象変化部の厚さを定量的に求めることができる。According to this invention, it is possible to quantitatively determine the thickness of the measured evaluation object changing portion.
また、本発明の他の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも1つが複数の前記諸元の少なくとも1つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記評価対象部は、基準方向に延びる第一の板材と第二の板材とが接合部で接合されることで構成され、前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態で、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の前記接合部が移動しないで、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の前記接合部以外の部分が前記基準方向に直交する基準面上で前記接合部周りに振動する振動モードであることを特徴としている。Further, another structure evaluation method of the present invention has a plurality of evaluation target portions, and in the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation target portions are equal to each other, and in the evaluation state, a plurality of evaluation target portions. In the evaluation method of a structure, at least one of the evaluation target portions evaluates what has become an evaluation target change portion by changing at least one of the plurality of specifications, and in the evaluation state, A spectrum acquisition step of measuring vibration to obtain a time waveform of vibration speed, analyzing the time waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum, and a natural frequency and vibration from the frequency-specific spectrum. A specific step of specifying a mode, and the natural frequency at which only the evaluation target part vibrates in the same order of the vibration mode and the natural frequency at which only the evaluation target changing part vibrates. Then, a frequency comparison step for evaluating the performance of the evaluation target changing portion is performed, and the evaluation target portion is formed by joining the first plate member and the second plate member extending in the reference direction at a joint portion. The same vibration mode in the frequency comparison step is configured in a state where both ends of the evaluation object part and the evaluation object change part are fixed, respectively, and the joining of the evaluation object part and the evaluation object change part The part other than the joint part of the evaluation object part and the evaluation object change part is a vibration mode in which the part vibrates around the joint part on a reference plane orthogonal to the reference direction without moving the part. .
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも1つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。According to this invention, the natural frequency differs even in the order of the same vibration mode in the evaluation object changing part and the evaluation object part in which at least one of the plurality of specifications of the evaluation object part has changed. By selecting the vibration mode, the evaluation target part and the evaluation target change part can be evaluated with high sensitivity even if the evaluation target part is a small member such as a part of a structure.
また、評価対象部が、構造物を構成する軸状部材のうち、長手方向の中間部において固定部材により固定された小型の部材であったとしても、評価対象部を評価して損傷等した位置を特定することができる。In addition, even if the evaluation target part is a small member fixed by a fixing member in the middle part in the longitudinal direction among the shaft-shaped members constituting the structure, a position where the evaluation target part is evaluated and damaged, etc. Can be specified.
また、上記の構造物の評価方法において、複数の前記諸元の少なくとも1つが変化することは、前記評価対象部の厚さが薄くなることであってもよい。In the structure evaluation method described above, the change of at least one of the plurality of specifications may be a reduction in the thickness of the evaluation target portion.
一般的に、評価対象部は厚さが薄くなることで評価対象変化部となる。この発明によれば、評価対象部をより確実に評価することができる。 Generally, an evaluation object part becomes an evaluation object change part because thickness becomes thin. According to this invention, an evaluation object part can be evaluated more reliably.
また、上記の構造物の評価方法において、前記振動数比較工程では、前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとしてもよい。Further, in the structure evaluation method, in the vibration frequency comparison step, the measurement is a flexible matrix of the evaluation object changing portion or the structure from the natural frequency and the vibration mode specified in the specifying step. By calculating and analyzing a flexibility matrix, an analysis flexibility matrix that is a flexibility matrix of the evaluation object changing portion or the structure when the thickness of the evaluation object portion is changed is calculated, and the analysis flexibility matrix The value obtained by dividing the difference between the measurement flexibility matrix and the measurement flexibility matrix is equal to or less than a predetermined allowable value. It may be the thickness of the evaluation object changing portion.
この発明によれば、測定した評価対象変化部の厚さを定量的に求めることができる。According to this invention, it is possible to quantitatively determine the thickness of the measured evaluation object changing portion.
また、上記の構造物の評価方法において、前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記第一の板材の中央部が前記接合部周りに一方側に回転するとともに前記第二の板材の中央部が前記接合部周りに他方側に回転した状態と、前記第一の板材の中央部が前記接合部周りに前記他方側に回転するとともに前記第二の板材の中央部が前記接合部周りに前記一方側に回転した状態と、を交互に繰り返す振動モードであってもよい。In the structure evaluation method described above, the same vibration mode in the frequency comparison step may be such that the central portion of the first plate rotates to one side around the joint and the second plate A state in which the central portion rotates to the other side around the joint portion, a central portion of the first plate member rotates to the other side around the joint portion, and a central portion of the second plate member rotates around the joint portion. Alternatively, the vibration mode may alternately repeat the state rotated to the one side.
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させてもよい。In the structure evaluation method described above, in the spectrum acquisition step, the structure may be vibrated by applying an impact force to the structure.
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、非接触速度計を用いて前記構造物の振動を測定してもよい。In the structure evaluation method, in the spectrum acquisition step, the vibration of the structure may be measured using a non-contact velocimeter.
この発明によれば、構造物に直接接触することなく振動速度の時間波形を取得することができる。According to the present invention, the time waveform of the vibration speed can be acquired without directly contacting the structure.
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、第一の非接触速度計、及び1台以上の第二の非接触速度計を用いて前記評価対象部又は前記評価対象変化部の所定位置における前記構造物の前記振動速度の時間波形を測定することと、1台以上の前記第二の非接触速度計で測定した前記評価対象部及び前記評価対象変化部における前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を前記第一の非接触速度計を用いて測定した前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化すること、を組にして複数回行い、前記第二の非接触速度計で測定し正規化された前記速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行ってもよい。Further, in the structure evaluation method, in the spectrum acquisition step, the evaluation object part or the evaluation object change part using a first non-contact velocimeter and one or more second non-contact velocimeters. Measuring the time waveform of the vibration speed of the structure at a predetermined position of the evaluation object section measured by one or more second non-contact speedometers and the vibration speed of the evaluation object changing section. The speed spectrum response value obtained by frequency analysis of the time waveform is divided by the speed spectrum response value obtained by frequency analysis of the time waveform of the vibration speed measured using the first non-contact speedometer. The velocity spectrum response value set obtained by combining the velocity spectrum response values measured by the second non-contact velocimeter and normalized. Process, Fine said frequency comparison step may be performed.
この発明によれば、衝撃力の大きさを測定することなく、大きさの異なる衝撃力を与えた振動であっても、正規化することで複数の速度スペクトル応答値等の処理を行うことができる。According to the present invention, it is possible to perform processing of a plurality of velocity spectrum response values and the like by normalizing even vibrations given impact forces of different magnitudes without measuring the magnitude of the impact force. it can.
また、上記の構造物の評価方法において、 前記スペクトル取得工程において、与えた前記衝撃力の大きさを測定することと、前記振動速度の時間波形を測定することと、前記振動速度の時間波形の速度スペクトル応答値を前記衝撃力の大きさで除して正規化することを組にして複数回行い、前記正規化した速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行ってもよい。In the structure evaluation method, in the spectrum acquisition step, the magnitude of the applied impact force is measured, the time waveform of the vibration speed is measured, and the time waveform of the vibration speed is measured. The velocity spectrum response value is divided by the magnitude of the impact force and normalized to perform a plurality of times as a set, and the specified velocity spectrum response value set obtained by combining the normalized velocity spectrum response values is identified. You may perform a process and the said frequency comparison process.
この発明によれば、大きさの異なる衝撃力を与えても、正規化することで複数の速度スペクトル応答値等の処理を行うことができる。According to the present invention, even if impact forces having different magnitudes are applied, a plurality of speed spectrum response values can be processed by normalization.
また、本発明の他の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも1つが複数の前記諸元の少なくとも1つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させ、前記スペクトル取得工程において、与えた前記衝撃力の大きさを測定することと、前記振動速度の時間波形を測定することと、前記振動速度の時間波形の速度スペクトル応答値を前記衝撃力の大きさで除して正規化することを組にして複数回行い、前記正規化した速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行うことを特徴としている。Further, another structure evaluation method of the present invention has a plurality of evaluation target portions, and in the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation target portions are equal to each other, and in the evaluation state, a plurality of evaluation target portions. In the evaluation method of a structure, at least one of the evaluation target portions evaluates what has become an evaluation target change portion by changing at least one of the plurality of specifications, and in the evaluation state, A spectrum acquisition step of measuring vibration to obtain a time waveform of vibration speed, analyzing the time waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum, and a natural frequency and vibration from the frequency-specific spectrum. A specific step of specifying a mode, and the natural frequency at which only the evaluation target part vibrates in the same order of the vibration mode and the natural frequency at which only the evaluation target changing part vibrates. And a frequency comparison step for evaluating the performance of the evaluation object changing portion. In the spectrum acquisition step, an impact force is applied to the structure to vibrate the structure, and in the spectrum acquisition step, Measure the magnitude of the impact force, measure the time waveform of the vibration speed, and normalize the speed spectrum response value of the time waveform of the vibration speed divided by the magnitude of the impact force. This is performed a plurality of times, and the specifying step and the frequency comparison step are performed on the velocity spectrum response value aggregate obtained by combining the normalized velocity spectrum response values.
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも1つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。According to this invention, the natural frequency differs even in the order of the same vibration mode in the evaluation object changing part and the evaluation object part in which at least one of the plurality of specifications of the evaluation object part has changed. By selecting the vibration mode, the evaluation target part and the evaluation target change part can be evaluated with high sensitivity even if the evaluation target part is a small member such as a part of a structure.
また、大きさの異なる衝撃力を与えても、正規化することで複数の速度スペクトル応答値等の処理を行うことができる。Even if impact forces having different magnitudes are applied, a plurality of speed spectrum response values can be processed by normalization.
また、本発明の他の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも1つが複数の前記諸元の少なくとも1つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記スペクトル取得工程では、第一の非接触速度計、及び1台以上の第二の非接触速度計を用いて前記評価対象部又は前記評価対象変化部の所定位置における前記構造物の前記振動速度の時間波形を測定することと、1台以上の前記第二の非接触速度計で測定した前記評価対象部及び前記評価対象変化部における前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を前記第一の非接触速度計を用いて測定した前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化すること、を組にして複数回行い、前記第二の非接触速度計で測定し正規化された前記速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行うことを特徴としている。Further, another structure evaluation method of the present invention has a plurality of evaluation target portions, and in the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation target portions are equal to each other, and in the evaluation state, a plurality of evaluation target portions. In the evaluation method of a structure, at least one of the evaluation target portions evaluates what has become an evaluation target change portion by changing at least one of the plurality of specifications, and in the evaluation state, A spectrum acquisition step of measuring vibration to obtain a time waveform of vibration speed, analyzing the time waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum, and a natural frequency and vibration from the frequency-specific spectrum. A specific step of specifying a mode, and the natural frequency at which only the evaluation target part vibrates in the same order of the vibration mode and the natural frequency at which only the evaluation target changing part vibrates. And a frequency comparison step for evaluating the performance of the evaluation object changing portion, and in the spectrum acquisition step, a first non-contact speedometer and one or more second non-contact speed meters are used. Measuring the time waveform of the vibration speed of the structure at a predetermined position of the evaluation object part or the evaluation object changing part; and the evaluation object part measured by one or more second non-contact speedometers; The frequency spectrum response value obtained by frequency analysis of the time waveform of the vibration speed in the evaluation object changing portion is measured using the first non-contact speedometer and the frequency waveform of the vibration speed is analyzed. The velocity spectrum obtained by dividing the velocity spectrum response value obtained by normalization and performing normalization a plurality of times and combining the velocity spectrum response value measured and normalized by the second non-contact velocimeter Response value Against coalescence, it is characterized by performing the specific process, and the frequency comparison step.
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも1つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。According to this invention, the natural frequency differs even in the order of the same vibration mode in the evaluation object changing part and the evaluation object part in which at least one of the plurality of specifications of the evaluation object part has changed. By selecting the vibration mode, the evaluation target part and the evaluation target change part can be evaluated with high sensitivity even if the evaluation target part is a small member such as a part of a structure.
また、衝撃力の大きさを測定することなく、大きさの異なる衝撃力を与えた振動であっても、正規化することで複数の速度スペクトル応答値等の処理を行うことができる。Moreover, even if it is the vibration which gave the impact force from which a magnitude | size differs without measuring the magnitude | size of an impact force, a process of several speed spectrum response values etc. can be performed by normalizing.
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させてもよい。In the structure evaluation method described above, in the spectrum acquisition step, the structure may be vibrated by applying an impact force to the structure.
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、非接触速度計を用いて前記構造物の振動を測定してもよい。In the structure evaluation method, in the spectrum acquisition step, the vibration of the structure may be measured using a non-contact velocimeter.
この発明によれば、構造物に直接接触することなく振動速度の時間波形を取得することができる。According to the present invention, the time waveform of the vibration speed can be acquired without directly contacting the structure.
また、上記の構造物の評価方法において、複数の前記諸元の少なくとも1つが変化することは、前記評価対象部の厚さが薄くなることであってもよい。In the structure evaluation method described above, the change of at least one of the plurality of specifications may be a reduction in the thickness of the evaluation target portion.
一般的に、評価対象部は厚さが薄くなることで評価対象変化部となる。この発明によれば、評価対象部をより確実に評価することができる。 Generally, an evaluation object part becomes an evaluation object change part because thickness becomes thin. According to this invention, an evaluation object part can be evaluated more reliably.
本発明の構造物の評価方法によれば、評価対象部が構造物全体に比べて小型の部材であっても評価対象部を感度良く評価することができる。 According to the structure evaluation method of the present invention, the evaluation object part can be evaluated with high sensitivity even if the evaluation object part is a smaller member than the whole structure.
(第1実施形態)
以下、本発明に係る構造物の評価方法(以下、評価方法とも略称する)の第1実施形態を、構造物がベルトコンベア(ベルトコンベアのフレーム)である場合について図1から図17を参照しながら説明する。
図1に、本評価方法に好適に用いられる評価装置1を示す。この評価装置1は、例えばベルトコンベア50の性能を評価するものである。ここで言う性能とは、損傷等を意味する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a structure evaluation method (hereinafter also referred to as an evaluation method) according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 17 in the case where the structure is a belt conveyor (belt conveyor frame). While explaining.
In FIG. 1, the evaluation apparatus 1 used suitably for this evaluation method is shown. This evaluation apparatus 1 evaluates the performance of the
図2及び3に示すように、ベルトコンベア(構造物)50は、水平面に平行な長手方向(基準方向)Xに延びる本体51と、長手方向Xに所定の間隔をおいて配置され、本体51を下方から支持する脚部52とを備えている。
本体51は、長手方向Xに延びる4本の軸状部材である梁材54と、上下方向Zに離間して配置された一対の梁材54を接続する上下接続部材(接続部材)55、上下斜材(斜材)56と、左右方向Yに離間して配置された一対の梁材54を接続する左右接続部材(接続部材)57、左右斜材(斜材)58とを有している。
以降、上下接続部材55あるいは左右接続部材57、上下斜材56あるいは左右斜材58を単独で用いる場合は、上下あるいは左右を付けて記載し、上下接続部材55、左右接続部材57の双方を呼称する場合は接続部材と記載し、上下斜材56、左右斜材58の双方を呼称する場合は斜材と記載することに統一する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the belt conveyor (structure) 50 is disposed with a
The
Hereinafter, when the upper and lower connecting
本実施形態では、梁材54は、図4に示すように、鋼材等によりそれぞれの長手方向Xの断面がL字形に形成されている。ベルトコンベア50を長手方向Xに見たときに、4本の梁材54は矩形の隅部となる位置にそれぞれ配置されている。各梁材54の長さは、長手方向Xに隣り合う脚部52のピッチ程度である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
図示はしないが、接続部材55、57、及び斜材56、58も、鋼材等によりそれぞれの長手方向の断面がL字形に形成されている。
上下接続部材55は、図2及び3に示すように、上下方向Zに延びるとともに長手方向Xに互いに等しい間隔を開けて配置されている。上下接続部材55は、図示しない溶接部やボルト等により梁材54に固定されている。上下斜材56は、1つの上下接続部材55の上端部が梁材54に固定されている部分と、この上下接続部材55に長手方向Xに隣り合う他の上下接続部材55の下端部が梁材54に固定されている部分と、にそれぞれ固定されている。
Although not shown, the connecting
As shown in FIGS. 2 and 3, the
左右接続部材57、左右斜材58は、上下接続部材55、上下斜材56と同様に構成されている。すなわち、左右接続部材57は、左右方向Yに延びるとともに長手方向Xに互いに等しい間隔を開けて配置されている。左右接続部材57は、図示しない溶接部やボルト等により梁材54に固定されている。左右接続部材57は、長手方向Xにおいて上下接続部材55と同じ位置に配置されている。
左右斜材58は、1つの左右接続部材57の左右方向Yの一方の端部が梁材54に固定されている部分と、この左右接続部材57に長手方向Xに隣り合う他の左右接続部材57の左右方向Yの他方の端部が梁材54に固定されている部分と、にそれぞれ固定されている。
The left and right connecting
The left and right
ここで、図3に示すように、梁材54のうち接続部材55、57の端部により長手方向Xに区画されているものを梁片60と称する。梁材54の長手方向の中間部が接続部材55、57等により固定されていることで、梁材54のうち固定されている部分の間に梁片60が規定される。
各梁材54は、両端部が接続部材55、57に固定されているとともに、長手方向Xの中間部が接続部材55、57、斜材56、58に固定されており、4本の梁材54の諸元は互いに等しい。具体的には、4本の梁材54の寸法(断面形状、長さ等)、材質(鉄か木材か等)、端部等の拘束条件(境界条件)は互いに等しい。材質が互いに等しいことで、4本の梁材54の弾性係数や密度等が互いに等しくなる。
梁片60は、両端部が接続部材55、57、斜材56、58に固定されている。
Here, as shown in FIG. 3, the
Each
Both ends of the
後述するように、この例では梁片60が評価対象部である例を説明するため、ここで梁片60の構成について図4を用いて説明する。
梁片60は、例えば板材を折り曲げて、長手方向Xに延びる第一の板材60aの端部と第二の板材60bの端部とを接合部60cで接合した構成である。梁片60はいわゆるアングル部材であり、第一の板材60aの厚さと第二の板材60bの厚さとは等しい。接合部60cは、長手方向Xに延びる。梁片60は、ベルトコンベア50の一部であって、ベルトコンベア50全体に比べて小型の部材である。
As will be described later, in this example, an example in which the
The
各上下接続部材55の諸元は互いに等しい。同様に、各上下斜材56、各左右接続部材57、各左右斜材58の諸元は、それぞれ互いに等しい。
脚部52の構成は特に限定されない。この例では、図2に示すように脚部52はラーメン構造を斜材で補強したものである。なお、図1では脚部52を簡略化して示している。
The specifications of the upper and lower connecting
The structure of the
ベルトコンベア50が製造された直後の初期状態では、ベルトコンベア50が有する複数の梁片60の複数の諸元は互いに等しい。具体的には、各梁片60の長手方向Xの長さは互いに等しい。各梁片60の第一の板材60aの厚さは互いに等しく、各梁片60の第二の板材60bの厚さは互いに等しい。
外部環境にベルトコンベア50が直接晒された状態で初期状態から一定の期間が経過したとする。本評価方法を適用する評価状態では、ベルトコンベア50の1つの梁片60が腐食すること等で、図4に示す第一の板材60a、第二の板材60bの厚さが薄くなってそれぞれ第一の薄肉板材60aA、第二の薄肉板材60bAとなったと仮定する。このとき、梁片60が薄肉梁片(評価対象変化部)60Aとなったとする。
なお、梁片60の厚さが薄くなることで評価対象変化部である薄肉梁片60Aとなるとしたが、梁片60に亀裂が入ることや梁片60に孔が開くことで評価対象変化部になるとしてもよい。ただし、梁片60の厚さが薄くなって薄肉梁片60Aとなった場合の方が後述する固有振動数が明確に変化するため、評価は容易である。
In the initial state immediately after the
It is assumed that a certain period has elapsed from the initial state in a state where the
The
図1に示すように、この評価装置1は、衝撃力の大きさを測定する衝撃力計11を有するハンマー10と、ベルトコンベア50の振動を測定するレーザードップラ速度計(非接触速度計、第二の非接触速度計)12と、ベルトコンベア50の振動を測定して得られた振動速度の時間波形を処理する制御部13とを備えている。レーザードップラ速度計12で振動を計測する部材と衝撃力計11を有するハンマー10で衝撃を与える部材とは、同一の部材であるものとする。
なお、衝撃力を与えるのはハンマー10に限られず、レーザー波や音波によって衝撃力を与えてもよい。
衝撃力計11は、制御部13に接続されている。衝撃力計11は、衝撃力の大きさの測定結果を制御部13に送信する。
レーザードップラ速度計12は、一点における振動速度の時間波形を測定可能な公知の構成のものを用いることができる。レーザードップラ速度計12は、制御部13に接続されている。レーザードップラ速度計12は、検出した振動速度の時間波形を制御部13に送信する。
なお、評価装置1が備えるレーザードップラ速度計12の数は特に限定されない。また、レーザードップラ速度計は、線状の範囲における振動速度の時間波形を一度に計測可能なもの、面状の範囲における振動速度の時間波形を一度に計測可能なものを用いることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the evaluation apparatus 1 includes a
Note that the impact force is not limited to the
The impact force meter 11 is connected to the
As the
The number of
制御部13は、図示はしないが演算素子、メモリ等を有している。メモリには、制御プログラム等が記憶されている。制御プログラムは、演算素子等に後述するスペクトル取得工程S1、特定工程S3、及び振動数比較工程S5を行わせるためのプログラムである。
制御部13には、制御部13に指示を出すためのキーボード等の入力部15と、制御部13で処理した結果等を表示するための液晶ディスプレイ等の表示部16が接続されている。制御部13、入力部15、及び表示部16は、パーソナルコンピュータ17等で構成することができる。
The
An
次に、評価状態におけるベルトコンベア50を評価する本実施形態の評価方法について説明する。図5は、本実施形態の評価方法を示すフローチャートである。以下の例では、評価状態において、複数の梁片60の1つが薄肉梁片60Aとなっていると仮定する。
なお、梁片60及び薄肉梁片60A等の振動モードには、各部材の長手方向に沿う方向に振動する縦振動、長手方向に直交する方向に振動する横振動等がある。以下では、発明者らが断面振動と名付けた振動モードに着目して説明を行う。
予め解析等を行うことで、アングル部材の寸法や材質による固有振動数及び振動モードの変化をデータベース(予め求めたデータベース)として求めておくことが好ましい。
Next, the evaluation method of this embodiment for evaluating the
The vibration modes of the
It is preferable to obtain, as a database (a database obtained in advance), changes in the natural frequency and vibration mode depending on the size and material of the angle member by performing analysis or the like in advance.
この断面振動の振動モードは、図6に示すように、梁片60及び薄肉梁片60Aの接合部60cが移動しないで、梁片60及び薄肉梁片60Aの接合部60c以外の部分が長手方向Xに直交する基準面T上で接合部60c周りに振動する振動モードである。このとき、梁片60及び薄肉梁片60Aの両端部はそれぞれ固定されている。
なお、図6に示す振動モードは、断面振動の1つで、第一の板材60a及び第二の板材60bの長手方向Xの中央部が接合部60c周りの一方側D1に回転した状態P1と、第一の板材60a及び第二の板材60bの中央部が接合部60c周りの他方側D2に回転した状態P2と、を交互に繰り返す同位相の振動モードである。
As shown in FIG. 6, the vibration mode of the cross-sectional vibration is such that the
Note that the vibration mode shown in FIG. 6 is one of cross-sectional vibrations, and a state P1 in which the center part in the longitudinal direction X of the
一方で、断面振動の振動モードの他の1つは、図7及び8に示すように、第一の板材60aの中央部が接合部60cの周りに一方側D1に回転するとともに第二の板材60bの中央部が接合部60cの周りに他方側D2に回転した状態P3と、第一の板材60aの中央部が接合部60cの周りに他方側D2に回転するとともに第二の板材60bの中央部が接合部60cの周りに一方側D1に回転した状態と、を交互に繰り返す逆位相の振動モードである。
On the other hand, as shown in FIGS. 7 and 8, the other vibration mode of the cross-sectional vibration is that the central portion of the
以下、本評価方法について説明する。
まず、スペクトル取得工程(図5に示すステップS1)において、実験を行うことで、評価状態において、ベルトコンベア50の振動を測定して振動速度の時間波形を取得する。具体的には、図1及び4に示すように、レーザードップラ速度計12が照射するレーザ光Lをベルトコンベア50の位置P6に照射する。作業者がベルトコンベア50をハンマー10でたたく等してベルトコンベア50に衝撃力を与えてベルトコンベア50を振動させる。作業者がベルトコンベア50をたたく部位は特に限定されず、梁片60でもよいし、梁片60以外の上下接続部材55等でもよい。
衝撃力計11は、衝撃力の大きさを測定し、測定した衝撃力の大きさを制御部13に送信する。
レーザードップラ速度計12はベルトコンベア50に接触することなく図9に示す振動速度の時間波形W0を取得する。なお、図9の横軸は経過時間を表し、縦軸は振動速度を表す。
レーザードップラ速度計12は、取得した振動速度の時間波形を制御部13に送信する。すなわち、本実施形態では、スペクトル取得工程S1においてレーザードップラ速度計12を用いてベルトコンベア50の振動を測定する。
ベルトコンベア50の位置P6の振動速度は、時間の経過とともに減衰する。
この場合の振動速度のうち絶対値が最大のものは、V0である。
Hereinafter, this evaluation method will be described.
First, in the spectrum acquisition step (step S1 shown in FIG. 5), an experiment is performed to measure the vibration of the
The impact force meter 11 measures the magnitude of the impact force and transmits the measured magnitude of the impact force to the
The
The
The vibration speed at the position P6 of the
In this case, V 0 has the maximum absolute value.
次に、振動速度の時間波形を振動数解析して図10に示す振動数別スペクトルを取得する。振動数解析には、公知のフーリエ変換等を用いることができる。図10の横軸は振動数を表し、縦軸は振幅を表す。 Next, frequency analysis of the time waveform of the vibration velocity is performed to obtain a frequency-specific spectrum shown in FIG. A known Fourier transform or the like can be used for the frequency analysis. The horizontal axis in FIG. 10 represents the frequency, and the vertical axis represents the amplitude.
制御部13は、振動速度の時間波形W0の速度スペクトル応答値を衝撃力の大きさで除して正規化し、図9に示す正規化した速度スペクトル応答値に対応する振動速度の時間波形W1を算出する。ここで言う速度スペクトル応答値とは、振動速度の時間波形を振動解析して得られたものであり、例えば横軸が振動数、縦軸が応答値であるグラフとして表されるものを意味する。
正規化した速度スペクトル応答値、及び振動速度の時間波形W1は、制御部13のメモリに記憶される。
振動速度の時間波形を取得したいベルトコンベア50の位置、及び評価装置1が有するレーザードップラ速度計12の数に応じて、レーザードップラ速度計12を移動させレーザ光Lを照射する位置をずらす。例えばレーザ光Lを照射する位置を、図4に示す上下方向Zに沿った位置P7にずらしたり、長手方向Xに沿った位置P8にずらしたりする。各位置P7、P8にレーザ光Lを照射させた状態で作業者がベルトコンベア50に衝撃力を与え、前述の処理を行う。
The normalized velocity spectrum response value and the vibration velocity time waveform W 1 are stored in the memory of the
The
このように、スペクトル取得工程S1において、制御部13が衝撃力の大きさを測定することと、振動速度の時間波形W0を測定することと、振動速度の時間波形W0の速度スペクトル応答値を衝撃力の大きさで除して正規化することを組にして複数回行う。ベルトコンベア50の長手方向X等の異なる位置にレーザ光Lを照射して、前述の処理を複数回行う。
このとき、ベルトコンベア50に与える衝撃力の大きさはハンマー10でたたくごとに変化してもよいが、ベルトコンベア50をハンマー10でたたく位置はほぼ同じ場所であることが好ましい。
正規化した速度スペクトル応答値は、単位衝撃力当たりの速度スペクトル応答値であるため、作業者がベルトコンベア50に与える衝撃力が変化しても、比較しやすい。
制御部13では、正規化した速度スペクトル応答値を複数回分組み合わせて、速度スペクトル応答値集合体とする処理を行う。
Thus, in the spectrum acquisition step S1, and the
At this time, the magnitude of the impact force applied to the
Since the normalized velocity spectrum response value is a velocity spectrum response value per unit impact force, it is easy to compare even if the impact force applied to the
The
次に、特定工程(ステップS3)において、制御部13は、振動数別スペクトルにおける振動数の振幅のピークから、ベルトコンベア50の梁材54、上下接続部材55、梁片60等の各要素における固有振動数及び振動モードを特定する。
そして、例えば断面振動という同一の振動モードにおける梁片60が振動する固有振動数ω1と薄肉梁片60Aが振動する固有振動数ω2とを求める。固有振動数ω1は、梁片60の初期の厚さに対する固有振動数なので、予め求めたデータベースに登録された固有振動数である。これに対して、固有振動数ω2は厚さが薄くなった薄肉梁片60Aに対する固有振動数なので、予め求めたデータベースに登録されていない。
Next, in the specific process (step S3), the
Then, for example, the natural frequency ω 1 at which the
図11に、梁片60の第一の板材60aの各位置における、正規化した速度スペクトル応答値を示す。矢印の長さが長いほど、正規化した速度スペクトル応答値が大きいことを表す。振動速度の時間波形を取得する位置を、前述のように位置P1から、位置P2、3等とずらし、振動速度の時間波形から速度スペクトルを求め衝撃力の大きさで除して正規化した。なお、この断面振動の振動モードは後述する1次のモードである。
梁片60の長手方向Xの両端部は固定されているため、正規化した速度スペクトル応答値は両端部において0になっていることが分かる。梁片60の接合部60cは移動せず、第一の板材60aの長手方向Xの中央部が接合部60cの周りに移動していることが分かる。正規化した速度スペクトル応答値は、接合部60cから離間するにしたがって大きくなり、第一の板材60aの自由端で最大となる。
FIG. 11 shows normalized velocity spectrum response values at the respective positions of the
Since both ends in the longitudinal direction X of the
一般的に板材60a、60bの厚さが薄くなることで、薄肉梁片60Aの固有振動数は梁片60の固有振動数よりも小さくなる。固有振動数ω1では、梁片60のみが振動し、ベルトコンベア50における梁片60以外の部材は振動しない。固有振動数ω2では、薄肉梁片60Aのみが振動し、ベルトコンベア50における薄肉梁片60A以外の部材は振動しない。予め求めたデータベースに登録されていない固有振動数を検出し、検出した固有振動数に対する位置を特定することで、ベルトコンベア50における薄肉梁片60Aの位置を特定する。
Generally, as the thickness of the
図12に、ベルトコンベア50を梁片60が振動する固有振動数ω1で振動しているときの固有値解析結果を示す。ベルトコンベア50の板材60a、60bの各位置における正規化した速度スペクトル応答値を幅L1、L2としてそれぞれ表す。板材60a、60bの各位置における振動速度は、比較的大きいことが分かった。
一方で、この固有振動数ω1では、薄肉梁片60Aの薄肉板材60aA、60bAの各位置は、振動しないことが分かった。
図13に、ベルトコンベア50を薄肉梁片60Aが振動する固有振動数ω2で振動しているときの固有値解析結果を示す。ベルトコンベア50の薄肉板材60aA、60bAの各位置における正規化した速度スペクトル応答値を幅L3、L4としてそれぞれ表す。薄肉板材60aA、60bAの各位置における振動速度は、比較的大きいことが分かった。一方で、この固有振動数ω2では、梁片60の板材60a、60bの各位置は、振動しないことが分かった。
FIG. 12 shows the eigenvalue analysis results when the
On the other hand, in the natural frequency omega 1, the thin plate 60aA of the
FIG. 13 shows an eigenvalue analysis result when the
図14に、第一の板材60aの自由端である位置P6(図4参照)における正規化した速度スペクトル応答値を表す。図14の横軸は第一の板材60aの長手方向の位置を表し、縦軸は図11に示す梁片60の長手方向Xにおける正規化した速度スペクトル応答値を表す。梁片60の長手方向Xの両端部は固定されているため、両端部における絶対値が最大となる振動速度を正規化した値はほぼ0になっている。
断面振動の振動モードには、○印で示した1次のモードだけでなく、□印で示した2次のモード、及び△印で示した3次のモードがあることが分かった。
FIG. 14 shows the normalized velocity spectrum response value at the position P6 (see FIG. 4) which is the free end of the
It was found that the vibration modes of the cross-sectional vibration include not only the primary mode indicated by ◯ but also the secondary mode indicated by □ and the tertiary mode indicated by Δ.
なお、ベルトコンベア50において、例えば上下接続部材55のみが振動する横振動等の振動モードがあり、上下接続部材55の厚さが薄くなった部材のみが振動する横振動等の振動モードがあるとする。この場合、特定工程S3において、振動数別スペクトルから上下接続部材55に対する固有振動数と、横振動である振動モードを特定することになる。
このように、梁片60及び上下接続部材55等のようなベルトコンベア50全体に比べて短い小型の部材の固有振動数ω1、ω2は、図11に示すように100Hz以上である。これに対して、梁材54のようなベルトコンベア50全体の寸法に近い比較的長い部材の固有振動数ω3、ω4は、一般的に数Hz〜数10Hz程度である。固有振動数ω3、ω4に相当する100Hz程度以下の固有振動数は、構造物を構成する比較的短い小型の部材の局所的な損傷に対する感度が著しく悪く、その構造物全体が相当に損傷しない場合は固有振動数が変化しにくい。
In the
As described above, the natural frequencies ω 1 and ω 2 of a small and small member such as the
次に振動数比較工程(ステップS5)において、同一の振動モードにおける梁片60の固有振動数ω1と薄肉梁片60Aの固有振動数ω2との差から、薄肉梁片60Aの性能(損傷)を定量的に評価する。ここで言う同一の振動モードとは、横振動、断面振動等といった振動モードが同一であるだけでなく、断面振動の1次のモード、断面振動の2次のモード等といった振動モードの次数も同一であることを意味する。
Next, in the frequency comparison step (step S5), and the difference between the natural frequency omega 1 and the natural frequency omega 2 of the
振動数比較工程S5における工程を、図15のフローチャートを用いて説明する。振動数比較工程S5における工程は、実験における工程と解析における工程とに分けられる。例えば、板材60a、60bの厚さは、それぞれ6.0mmとして説明する。
まず、ステップS11において、解析において、公知の振動数解析プログラムを用いて解析モデルを作成する。ここではベルトコンベア50全体の解析モデルを作成する。なお、薄肉梁片60Aだけの解析モデルを作成してもよい。このとき、特定工程S3で特定した断面振動の振動モードの固有振動数ω2を表現できる解析モデルを作成する。
次に、ステップS13において、薄肉板材60aA、60bAの厚さtdを例えば6.0mmと仮定する。このとき、特定工程S3で特定した薄肉梁片60Aの位置を用いる。
次に、ステップS15において、振動数解析プログラムを用いて解析モデルの固有振動数を算出する。
The steps in the frequency comparison step S5 will be described using the flowchart of FIG. The steps in the frequency comparison step S5 are divided into an experimental step and an analysis step. For example, the thickness of the
First, in step S11, in the analysis, an analysis model is created using a known frequency analysis program. Here, an analysis model of the
Next, in step S13, it is assumed that the thickness t d of the thin plate members 60aA and 60bA is, for example, 6.0 mm. At this time, the position of the
Next, in step S15, the natural frequency of the analysis model is calculated using a frequency analysis program.
次に、ステップS17において、仮定した薄肉板材60aA、60bAの厚さtdに対するCSMLF(Cross Sectional Mode based Local Flexibility matrix)anaを算出する。CSMLFanaは、ベルトコンベア50に対する公知の柔性行列Fの一部の要素である。ここで、まず柔性行列Fについて説明する。
柔性行列Fの一般的な定義として、(1)式のベクトル方程式を用いて説明する。
P=Kx ・・(1)
ここで、Pは各節点(自由度)における外力ベクトル、Kは剛性行列、xは各節点の独立変位を表す変位ベクトルである。
(1)式を変形して(2)式のように表したときのK−1、すなわち、剛性行列Kの逆行列が、柔性行列Fである。
x=K−1P=FP ・・(2)
柔性行列Fは、(3)式のように表される。
Next, in step S17, the assumed thin plate 60Aa, calculates the CSMLF (Cross Sectional Mode based Local Flexibility matrix) ana to the thickness t d of the 60Ba. CSLLF ana is a part of a known flexibility matrix F for the
A general definition of the flexible matrix F will be described using the vector equation (1).
P = Kx (1)
Here, P is an external force vector at each node (degree of freedom), K is a stiffness matrix, and x is a displacement vector representing an independent displacement of each node.
K -1 when the expression (1) is modified and expressed as the expression (2), that is, the inverse matrix of the stiffness matrix K is the flexibility matrix F.
x = K −1 P = FP (2)
The flexibility matrix F is expressed as in equation (3).
ここで、φはモード形状マトリックス、ωは固有振動数マトリックスである。φjiはi次モードにおけるj節点のモード振幅、ωiはi番目のモードの固有振動数である。Nは自由度である。
今回は、主に卓越する3次のモードまで評価することにしたため、柔性行列Fの一部の要素であるCSMLFanaは(4)式のようになる。
Here, φ is a mode shape matrix, and ω is a natural frequency matrix. φ ji is the mode amplitude of the j-node in the i-th mode, and ω i is the natural frequency of the i-th mode. N is the degree of freedom.
In this case, since the evaluation is mainly performed up to the superior third-order mode, CSMLF ana which is a part of the flexible matrix F is expressed by Equation (4).
このように、解析を行うことにより、薄肉梁片60AのCSMLFanaを算出する。
一方で、実験を行って特定工程S3で特定された固有振動数及び振動モードから同様に薄肉梁片60AのCSMLFexpを算出しておく。
次に、ステップS19において、(5)式で規定されるNEの値が、予め定められた許容誤差(許容値)V1以下か否かを判断する。
Thus, by performing an analysis to calculate the CSMLF ana
On the other hand, the CSMLF exp of the thin-
Next, in step S19, (5) the value of NE defined by equation, determines whether a predetermined tolerance (permissible value) V 1 or less.
NEの値は、CSMLFanaとCSMLFexpとの差の大きさをCSMLFexpの大きさで除した値である。NEの値が許容誤差V1以下でありステップS19でYESと判断したときに、仮定した薄肉梁片60Aの厚さを、測定した薄肉梁片60Aの厚さと推定する。すなわち、測定した薄肉梁片60Aの厚さが6.0mmであると推定する。
そして、振動数比較工程S5を終了し、本評価方法の全ての工程を終了する。
ここで、許容誤差V1は0.001〜0.1が好ましい。
The value of NE is a value obtained by dividing the magnitude of the difference between CSMLF ana and CSMLF exp by the magnitude of CSMLF exp . When the value of NE is determined YES in tolerance V 1 or less and step S19, the thickness of the assumed
And frequency comparison process S5 is complete | finished and all the processes of this evaluation method are complete | finished.
Here, the tolerance V 1 was preferably 0.001 to 0.1.
一方で、NEの値が許容誤差V1よりも大きくステップS19でNOと判断したときには、ステップS13に移行し薄肉板材60aA、60bAの厚さtdを変化させる。例えば、より小さい値の5.5mmに仮定する。
ステップS15、17を行い、ステップS19でYESと判断されるまでステップS15、17、19を繰り返す。図16に示すように、仮定する薄肉梁片60Aの厚さを変化させ、NEの値と許容誤差V1とを比較していく。
このように、本実施形態では正規化した速度スペクトル応答値集合体に対して、特定工程S3、及び振動数比較工程S5の処理を行う。
On the other hand, when the value of NE is determined NO in tolerance V 1 increases step S19 than the thin plate 60aA proceeds to step S13, to vary the thickness t d of the 60Ba. For example, assume a smaller value of 5.5 mm.
Steps S15 and 17 are performed, and steps S15, 17 and 19 are repeated until YES is determined in step S19. As shown in FIG. 16, by changing the thickness of the assumed
Thus, in this embodiment, the process of specific process S3 and frequency comparison process S5 is performed with respect to the normalized velocity spectrum response value aggregate | assembly.
梁材54全体が振動する固有振動数を測定しても、固有振動数が100Hz程度よりも小さいため、たとえ損傷しても固有振動数の変化が小さくて感度が悪いために、梁材54における厚さが薄くなった(損傷した)位置を特定することはできない。梁材54を複数に分割した梁片60の固有振動数を測定することで、梁片60が薄くなり薄肉梁片60Aとなった位置を特定し、薄肉梁片60Aの損傷を評価することができる。
Even if the natural frequency at which the
以上説明したように、本実施形態の評価方法によれば、梁片60の複数の諸元の1つである厚さが薄くなった薄肉梁片60Aと梁片60とでは、同一の断面振動の次数においても固有振動数が異なる。振動モードとして断面振動を選択することで、梁片60がベルトコンベア50の一部のようなベルトコンベア50全体に比べて小型の部材であっても梁片60及び薄肉梁片60Aを感度良く評価することができる。
特定工程S3で特定する固有振動数は100Hz以上である。ベルトコンベア50全体に比べて小型の部材の固有振動数は100Hz以上になる。100Hz以上の固有振動数を特定することで、梁片60が小型の部材であっても梁片60を評価することができる。
As described above, according to the evaluation method of the present embodiment, the thin-
The natural frequency specified in the specifying step S3 is 100 Hz or more. Compared to the
梁片60の諸元のうち梁片60の板材60a、60bの厚さが薄くなる。厚さの変化は固有振動数の変化として検出しやすいため、梁片60をより確実に評価することができる。
振動数比較工程S7では、NEの値が許容誤差V1以下になったときに仮定した評価対象変化部の厚さを、測定した薄肉梁片60Aの厚さと推定する。したがって、測定した薄肉梁片60Aの厚さを定量的に求めることができる。
Among the specifications of the
In frequency comparing step S7, the value of NE is permissible error V 1 following evaluation object change portion on the assumption when it becomes thick, and estimates the thickness of the measured
梁片60を断面振動の振動モードで評価することで、評価対象部である梁片60が梁材54の長手方向Xの一部であっても、梁片60の厚さが薄くなった薄肉梁片60Aの位置を特定することができる。
スペクトル取得工程S1では、非接触速度計を用いてベルトコンベア50の振動を測定することで、ベルトコンベア50に直接接触することなく振動速度の時間波形を取得することができる。作業者が容易に近づけない高所、高温の場所でも容易に振動速度の時間波形を取得することができる。
振動速度の時間波形W0の速度スペクトル応答値を衝撃力の大きさで除して正規化する。したがって、大きさの異なる衝撃力を与えた振動速度の時間波形W0であっても、正規化することでスペクトル取得工程S1等を行うことができる。
By evaluating the
In the spectrum acquisition step S1, by measuring the vibration of the
The velocity spectrum response value of the vibration velocity time waveform W 0 is divided by the magnitude of the impact force and normalized. Therefore, the spectrum acquisition step S1 and the like can be performed by normalizing even the time waveform W 0 of the vibration velocity applied with impact forces having different magnitudes.
なお、本実施形態では振動数比較工程S5において、仮定した薄肉板材60aA、60bAの厚さtdを変化させていき、NEの値が最小値になったときの薄肉板材60aA、60bAの厚さtdを測定した薄肉梁片60Aの厚さと推定してもよい。
CSMLFana、CSMLFexpに代えて、解析により算出した柔性行列である解析柔性行列Fana、実験により算出した柔性行列である測定柔性行列Fexpをそれぞれ算出し用いてもよい。解析柔性行列Fana及び測定柔性行列Fexpは、薄肉梁片60Aのものであるとしたが、ベルトコンベア50全体のものであるとしてもよい。
振動数比較工程S5において、梁片60の固有振動数ω1と薄肉梁片60Aの固有振動数ω2との差から、例えば、固有振動数の差が大きいほど、薄肉梁片60Aの厚さが薄いと定性的に薄肉梁片60Aの性能を評価してもよい。
Incidentally, in the frequency comparison step S5, in the present embodiment, thin plate member 60Aa, the thickness of the 60Ba when assumed thin plate 60Aa, gradually changing the thickness t d of the 60Ba, the value of NE becomes minimum the t d may be the thickness of the estimation of the
Instead of CSMLF ana and CSMLF exp , an analysis flexibility matrix F ana that is a flexibility matrix calculated by analysis and a measurement flexibility matrix F exp that is a flexibility matrix calculated by experiment may be calculated and used. The analysis flexibility matrix F ana and the measurement flexibility matrix F exp are those of the
In the frequency comparison step S5, from the difference between the natural frequency ω 1 of the
振動数比較工程S5における同一の振動モードとして梁片60及び薄肉梁片60Aの断面振動を用いたが、振動モードはこれに限定されず、図17に示す横振動による振動モードや、縦振動による振動モードでもよい。横振動では、梁片60及び薄肉梁片60Aは、長手方向の両端部がそれぞれ固定された状態で長手方向の中央部が弦のように振動する。
横振動は、接続部材55、57、及び斜材56、58の評価に適する。横振動で振動するときには、特定工程で特定する固有振動数は30Hz以上であることが好ましい。
また、レーザードップラ速度計12で振動を計測する部材と衝撃力計11を有するハンマー10で衝撃を与える部材とは同一の部材であるものとしたが、計測部材または衝撃入力部材がそれぞれ異なっていてもよい。
Although the cross-sectional vibration of the
Lateral vibration is suitable for the evaluation of the connecting
In addition, the member that measures the vibration with the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図18を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図18に、本評価方法に好適に用いられる評価装置2を示す。
この評価装置2は、第1実施形態の評価装置1の衝撃力計11、制御部13に代えて、基準レーザードップラ速度計(第一の非接触速度計)21、制御部22を備えている。
基準レーザードップラ速度計21は、公知の構成のものを用いることができる。基準レーザードップラ速度計21は、制御部22に接続されている。基準レーザードップラ速度計21は、検出した振動速度の時間波形を制御部22に送信する。
制御部22は、前述の制御部13に対してメモリに記憶されている制御プログラムが異なる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 18, but the same parts as those of the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals, the description thereof will be omitted, and only different points will be described.
In FIG. 18, the
The
A reference
The
次に、評価状態におけるベルトコンベア50を評価する本実施形態の評価方法について説明する。
まず、スペクトル取得工程(図5に示すステップS31)において、基準レーザードップラ速度計21及びレーザードップラ速度計12を用いてベルトコンベア50の振動を複数回測定する。このとき、レーザードップラ速度計12、21で振動を計測する部材とハンマー10で衝撃を与える部材とは同一の部材であるものとする。
Next, the evaluation method of this embodiment for evaluating the
First, in the spectrum acquisition step (step S31 shown in FIG. 5), the vibration of the
具体的には、レーザードップラ速度計12、21を配置してベルトコンベア50をハンマー10でたたき、基準レーザードップラ速度計21を用いて梁片60又は薄肉梁片60Aの所定位置P10における振動速度の時間波形を測定する。レーザードップラ速度計12を用いて、梁片60及び薄肉梁片60Aにおける振動速度の時間波形W0を測定する。
基準レーザードップラ速度計21は測定した振動速度の時間波形を、レーザードップラ速度計12は測定した振動速度の時間波形W0を制御部22にそれぞれ送信する。制御部22は、第1実施形態と同様に、レーザードップラ速度計12で測定した振動速度の時間波形W0を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を、基準レーザードップラ速度計21で測定した振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化する。正規化された速度スペクトル応答値は、制御部22のメモリに記憶される。
Specifically, the
The reference
基準レーザードップラ速度計21は移動させずに、レーザードップラ速度計12を所望の位置に移動させる。ベルトコンベア50をハンマー10でたたき、前述の処理と同様に、基準レーザードップラ速度計21を用いて梁片60又は薄肉梁片60Aの所定位置P10における振動速度の時間波形を測定する。レーザードップラ速度計12を用いて、梁片60及び薄肉梁片60Aにおける振動速度の時間波形W0を測定する。同様に正規化された速度スペクトル応答値は、制御部22のメモリに記憶される。
The reference
このようにスペクトル取得工程S31において、レーザードップラ速度計12、21を用いて振動速度の時間波形を測定することと、速度スペクトル応答値を正規化することを組にして複数回行う。ベルトコンベア50の長手方向X等の異なる位置にレーザードップラ速度計12のレーザ光Lを照射して、前述の処理を複数回行う。
本実施形態では、ベルトコンベア50をハンマー10でたたくが、衝撃力の大きさは測定しない。
制御部22は、正規化された速度スペクトル応答値を組み合わせて、速度スペクトル応答値集合体とする処理を行う。そして、速度スペクトル応答値集合体に対して、前述の特定工程S3、及び振動数比較工程S5を行う。
As described above, in the spectrum acquisition step S31, the measurement of the time waveform of the vibration velocity using the
In this embodiment, the
The
以上説明したように、本実施形態の評価方法によれば、梁片60がベルトコンベア50全体に比べて小型の部材であっても梁片60を感度良く評価することができる。
また、衝撃力の大きさを測定することなく、大きさの異なる衝撃力を与えた振動速度の時間波形W0であっても、正規化することで複数の速度スペクトル等の処理を行うことができる。
本評価方法では、衝撃力の大きさを測定する必要がないため、超音波レーザーや音波等の直接打撃以外の方法によって振動を発生させた場合にも適用できる。
As described above, according to the evaluation method of the present embodiment, the
Further, it is possible to perform processing of a plurality of velocity spectra and the like by normalizing even the time waveform W 0 of the vibration velocity applied with the impact force having different magnitudes without measuring the magnitude of the impact force. it can.
Since this evaluation method does not need to measure the magnitude of the impact force, it can be applied to the case where vibration is generated by a method other than direct impact such as ultrasonic laser or sound wave.
なお、本実施形態では評価装置2が1台のレーザードップラ速度計12を備えるとしたが、評価装置2が2台以上のレーザードップラ速度計12を備えるとしてもよい。
また、本実施形態ではレーザードップラ速度計12、21での計測部材とハンマー10での衝撃を与える部材とは同一の部材であるとしたが、計測部材または衝撃入力部材がそれぞれ異なっていてもよい。
In the present embodiment, the
Further, in this embodiment, the measurement member in the
以上、本発明の第1実施形態及び第2実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第1実施形態及び第2実施形態では、梁片60等はアングル部材で形成されるとしたが、梁片60の構成はこれに限定されない。
例えば、図19に示すように、梁片65が第一の板材65a、第二の板材65b、第三の板材65cが接合部65d、65eで接合されることで、いわゆるチャンネル部材として構成されてもよい。この場合、断面振動においては接合部65d、65eは移動しないで、板材65a、65b、65cが図中に矢印で示したように振動する。
As mentioned above, although 1st Embodiment and 2nd Embodiment of this invention were explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The structure of the range which does not deviate from the summary of this invention Changes, combinations, deletions, etc. are also included. Furthermore, it goes without saying that the configurations shown in the embodiments can be used in appropriate combinations.
For example, in the first embodiment and the second embodiment, the
For example, as shown in FIG. 19, a
また、図20に示すように、梁片67が第一の板材67a、第二の板材67b、第三の板材67cが接合部67d、67eで接合されることで、いわゆるH形鋼として構成されてもよい。この場合、断面振動においては接合部67d、67eは移動しないで、板材67a、67b、67cが図中に矢印で示したように振動する。
Further, as shown in FIG. 20, the
前記第1実施形態及び第2実施形態では、評価対象部が梁片60であるとしたが、ベルトコンベア50における評価対象部は特に限定されず、上下接続部材55、上下斜材56、左右接続部材57、ならびに左右斜材58等でもよい。
非接触速度計がレーザードップラ速度計12であるとした。しかし、非接触速度計はレーザードップラ速度計12に限定されず、他の方式による非接触速度計でもよい。
振動速度の時間波形W0を1回しか測定しない場合には、振動速度の時間波形W0を正規化しなくてよい。1回測定した振動速度の時間波形W0に対して、特定工程、及び振動数比較工程を行う。
構造物はベルトコンベア50であるとしたが、構造物はベルトコンベア50に限定されず、配管架台、ラーメン構造の建築物や橋梁等でもよい。
振動速度の時間波形を取得するのに、非接触速度計に代えて接触式の速度計を用いてもよい。
In the first embodiment and the second embodiment, the evaluation target portion is the
The non-contact speedometer is assumed to be a
When the vibration velocity time waveform W 0 is measured only once, the vibration velocity time waveform W 0 may not be normalized. A specific step and a frequency comparison step are performed on the time waveform W 0 of the vibration velocity measured once.
Although the structure is the
A contact-type speedometer may be used instead of the non-contact speedometer to acquire the time waveform of the vibration speed.
12 レーザードップラ速度計(非接触速度計、第二の非接触速度計)
21 基準非接触速度計(第一の非接触速度計)
50 ベルトコンベア(構造物)
60、65、67 梁片(評価対象部)
60a、65a、67a 第一の板材
60A 薄肉梁片(評価対象変化部)
60b、65b、67b 第二の板材
60c、65d、67d 接合部
D1 一方側
D2 他方側
S1 スペクトル取得工程
S3 特定工程
S5 振動数比較工程
td 厚さ
T 基準面
V1 許容誤差(許容値)
W0 振動速度の時間波形
X 長手方向(基準方向)
ω1、ω2 固有振動数
12 Laser Doppler velocimeter (non-contact velocimeter, second non-contact velocimeter)
21 Standard non-contact speedometer (first non-contact speedometer)
50 Belt conveyor (structure)
60, 65, 67 Beam (evaluation target part)
60a, 65a, 67a
60b, 65b, 67b
W 0 Vibration velocity time waveform X Longitudinal direction (reference direction)
ω 1 , ω 2 natural frequency
Claims (17)
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記振動数比較工程では、
前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、
解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、
前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとする構造物の評価方法。 In the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation target parts are equal structures, and in the evaluation state, at least one of the plurality of evaluation target parts is the thickness of the evaluation target part. It is an evaluation method for a structure that evaluates what has become an evaluation target change part by becoming thinner ,
In the evaluation state, while measuring the vibration of the structure to obtain a time waveform of the vibration speed, a spectrum acquisition step of analyzing the frequency waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum;
A specific step of specifying a natural frequency and a vibration mode from the spectrum for each frequency;
Vibration that evaluates the performance of the evaluation target change unit from the difference between the natural frequency at which only the evaluation target unit vibrates in the same vibration mode order and the natural frequency at which only the evaluation target change unit vibrates A number comparison process;
The stomach line,
In the frequency comparison step,
From the natural frequency and the vibration mode specified in the specific step, calculate a measurement flexibility matrix that is a flexibility matrix of the evaluation object changing portion or the structure,
By performing analysis, calculate the analysis flexibility matrix that is the flexibility matrix of the evaluation object changing portion or the structure when the thickness of the evaluation object portion is changed,
The value obtained by dividing the magnitude of the difference between the analysis flexibility matrix and the measurement flexibility matrix by the size of the measurement flexibility matrix is equal to or less than a predetermined allowable value. The evaluation method of the structure which makes the thickness of the said evaluation object change part measured .
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態で、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の中央部が弦のように振動する横振動による振動モードである構造物の評価方法。 In the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation objects are equal structures, and in the evaluation state, at least one of the plurality of evaluation objects is a plurality of the specifications. It is an evaluation method for a structure that evaluates what has become an evaluation object changing part by changing at least one of the following:
In the evaluation state, while measuring the vibration of the structure to obtain a time waveform of the vibration speed, a spectrum acquisition step of analyzing the frequency waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum;
A specific step of specifying a natural frequency and a vibration mode from the spectrum for each frequency;
Vibration that evaluates the performance of the evaluation target change unit from the difference between the natural frequency at which only the evaluation target unit vibrates in the same vibration mode order and the natural frequency at which only the evaluation target change unit vibrates A number comparison process;
The stomach line,
The same vibration mode in the frequency comparison step is a state in which both ends of the evaluation object part and the evaluation object change part are fixed, and a central part of the evaluation object part and the evaluation object change part is a string. The evaluation method of the structure which is a vibration mode by the transverse vibration which vibrates like this .
前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、
解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、
前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとする請求項3に記載の構造物の評価方法。 In the frequency comparison step,
From the natural frequency and the vibration mode specified in the specific step, calculate a measurement flexibility matrix that is a flexibility matrix of the evaluation object changing portion or the structure,
By performing analysis, calculate the analysis flexibility matrix that is the flexibility matrix of the evaluation object changing portion or the structure when the thickness of the evaluation object portion is changed,
The value obtained by dividing the magnitude of the difference between the analysis flexibility matrix and the measurement flexibility matrix by the size of the measurement flexibility matrix is equal to or less than a predetermined allowable value. The method for evaluating a structure according to claim 3 , wherein the measured thickness of the evaluation object changing portion is used.
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記評価対象部は、基準方向に延びる第一の板材と第二の板材とが接合部で接合されることで構成され、
前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態で、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の前記接合部が移動しないで、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の前記接合部以外の部分が前記基準方向に直交する基準面上で前記接合部周りに振動する振動モードである構造物の評価方法。 In the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation objects are equal structures, and in the evaluation state, at least one of the plurality of evaluation objects is a plurality of the specifications. It is an evaluation method for a structure that evaluates what has become an evaluation object changing part by changing at least one of the following:
In the evaluation state, while measuring the vibration of the structure to obtain a time waveform of the vibration speed, a spectrum acquisition step of analyzing the frequency waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum;
A specific step of specifying a natural frequency and a vibration mode from the spectrum for each frequency;
Vibration that evaluates the performance of the evaluation target change unit from the difference between the natural frequency at which only the evaluation target unit vibrates in the same vibration mode order and the natural frequency at which only the evaluation target change unit vibrates A number comparison process;
The stomach line,
The evaluation target portion is configured by joining a first plate member and a second plate member extending in a reference direction at a joint portion,
The same vibration mode in the frequency comparison step is moved in a state where both ends of the evaluation object part and the evaluation object change part are fixed, and the joint part of the evaluation object part and the evaluation object change part moves. The evaluation method for a structure that is a vibration mode in which portions other than the joint portion of the evaluation target portion and the evaluation target changing portion vibrate around the joint portion on a reference plane orthogonal to the reference direction .
前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、
解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、
前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとする請求項6に記載の構造物の評価方法。 In the frequency comparison step,
From the natural frequency and the vibration mode specified in the specific step, calculate a measurement flexibility matrix that is a flexibility matrix of the evaluation object changing portion or the structure,
By performing analysis, calculate the analysis flexibility matrix that is the flexibility matrix of the evaluation object changing portion or the structure when the thickness of the evaluation object portion is changed,
The value obtained by dividing the magnitude of the difference between the analysis flexibility matrix and the measurement flexibility matrix by the size of the measurement flexibility matrix is equal to or less than a predetermined allowable value. The method for evaluating a structure according to claim 6 , wherein the measured thickness of the evaluation object changing portion is used.
前記第一の板材の中央部が前記接合部周りに一方側に回転するとともに前記第二の板材の中央部が前記接合部周りに他方側に回転した状態と、前記第一の板材の中央部が前記接合部周りに前記他方側に回転するとともに前記第二の板材の中央部が前記接合部周りに前記一方側に回転した状態と、を交互に繰り返す振動モードである請求項5から7のいずれか一項に記載の構造物の評価方法。 The same vibration mode in the frequency comparison step is
A state in which the central portion of the first plate member rotates to one side around the joint portion and the central portion of the second plate member rotates to the other side around the joint portion; and the central portion of the first plate member 8. The vibration mode according to claim 5, wherein the rotation mode alternately repeats a state in which the second plate member rotates around the joint portion to the other side and a center portion of the second plate rotates around the joint portion toward the one side . The method for evaluating a structure according to any one of the above.
第一の非接触速度計、及び1台以上の第二の非接触速度計を用いて前記評価対象部又は前記評価対象変化部の所定位置における前記構造物の前記振動速度の時間波形を測定することと、
1台以上の前記第二の非接触速度計で測定した前記評価対象部及び前記評価対象変化部における前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を前記第一の非接触速度計を用いて測定した前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化すること、を組にして複数回行い、
前記第二の非接触速度計で測定し正規化された前記速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行う請求項1から10のいずれか一項に記載の構造物の評価方法。 In the spectrum acquisition step,
Using the first non-contact speedometer and one or more second non-contact speedometers, the time waveform of the vibration speed of the structure at a predetermined position of the evaluation object part or the evaluation object change part is measured. And
The velocity spectrum response value obtained by frequency analysis of the time waveform of the vibration velocity in the evaluation object portion and the evaluation object changing portion measured by one or more second non-contact velocimeters is obtained as the first spectral response value. Dividing the time waveform of the vibration velocity measured using a non-contact velocimeter with the velocity spectrum response value obtained by frequency analysis and normalizing it is performed a plurality of times,
Wherein for the second speed spectral response values assembly that combines the speed spectral response value normalized measured in a non-contact velocimeter, said specifying step, and from the claims 1 to perform the frequency comparison step 10 The method for evaluating a structure according to any one of the above.
前記正規化した速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行う請求項9に記載の構造物の評価方法。 In the spectrum acquisition step, the magnitude of the applied impact force is measured, the time waveform of the vibration speed is measured, and the velocity spectrum response value of the vibration speed time waveform is determined as the magnitude of the impact force. Divide by to normalize multiple times in pairs,
The structure evaluation method according to claim 9 , wherein the specifying step and the frequency comparison step are performed on a velocity spectrum response value aggregate obtained by combining the normalized velocity spectrum response values.
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させ、
前記スペクトル取得工程において、与えた前記衝撃力の大きさを測定することと、前記振動速度の時間波形を測定することと、前記振動速度の時間波形の速度スペクトル応答値を前記衝撃力の大きさで除して正規化することを組にして複数回行い、
前記正規化した速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行う構造物の評価方法。 In the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation objects are equal structures, and in the evaluation state, at least one of the plurality of evaluation objects is a plurality of the specifications. It is an evaluation method for a structure that evaluates what has become an evaluation object changing part by changing at least one of the following:
In the evaluation state, while measuring the vibration of the structure to obtain a time waveform of the vibration speed, a spectrum acquisition step of analyzing the frequency waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum;
A specific step of specifying a natural frequency and a vibration mode from the spectrum for each frequency;
Vibration that evaluates the performance of the evaluation target change unit from the difference between the natural frequency at which only the evaluation target unit vibrates in the same vibration mode order and the natural frequency at which only the evaluation target change unit vibrates A number comparison process;
The stomach line,
In the spectrum acquisition step, an impact force is applied to the structure to vibrate the structure,
In the spectrum acquisition step, the magnitude of the applied impact force is measured, the time waveform of the vibration speed is measured, and the velocity spectrum response value of the vibration speed time waveform is determined as the magnitude of the impact force. Divide by to normalize multiple times in pairs,
A structure evaluation method for performing the specifying step and the frequency comparison step on a velocity spectrum response value aggregate obtained by combining the normalized velocity spectrum response values .
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記スペクトル取得工程では、
第一の非接触速度計、及び1台以上の第二の非接触速度計を用いて前記評価対象部又は前記評価対象変化部の所定位置における前記構造物の前記振動速度の時間波形を測定することと、
1台以上の前記第二の非接触速度計で測定した前記評価対象部及び前記評価対象変化部における前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を前記第一の非接触速度計を用いて測定した前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化すること、を組にして複数回行い、
前記第二の非接触速度計で測定し正規化された前記速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行う構造物の評価方法。 In the initial state, the plurality of specifications of the plurality of evaluation objects are equal structures, and in the evaluation state, at least one of the plurality of evaluation objects is a plurality of the specifications. It is an evaluation method for a structure that evaluates what has become an evaluation object changing part by changing at least one of the following:
In the evaluation state, while measuring the vibration of the structure to obtain a time waveform of the vibration speed, a spectrum acquisition step of analyzing the frequency waveform of the vibration speed to obtain a frequency-specific spectrum;
A specific step of specifying a natural frequency and a vibration mode from the spectrum for each frequency;
Vibration that evaluates the performance of the evaluation target change unit from the difference between the natural frequency at which only the evaluation target unit vibrates in the same vibration mode order and the natural frequency at which only the evaluation target change unit vibrates A number comparison process;
The stomach line,
In the spectrum acquisition step,
Using the first non-contact speedometer and one or more second non-contact speedometers, the time waveform of the vibration speed of the structure at a predetermined position of the evaluation object part or the evaluation object change part is measured. And
The velocity spectrum response value obtained by frequency analysis of the time waveform of the vibration velocity in the evaluation object portion and the evaluation object changing portion measured by one or more second non-contact velocimeters is obtained as the first spectral response value. Dividing the time waveform of the vibration velocity measured using a non-contact velocimeter with the velocity spectrum response value obtained by frequency analysis and normalizing it is performed a plurality of times,
A structure evaluation method for performing the specifying step and the frequency comparison step on a velocity spectrum response value set obtained by combining the velocity spectrum response values measured and normalized by the second non-contact velocimeter .
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