Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7680915B2 - Calculation method for tension, bending rigidity and rotational rigidity at both ends of a linear body - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7680915B2 - Calculation method for tension, bending rigidity and rotational rigidity at both ends of a linear body - Google Patents

Calculation method for tension, bending rigidity and rotational rigidity at both ends of a linear body Download PDF

Info

Publication number
JP7680915B2
JP7680915B2 JP2021145722A JP2021145722A JP7680915B2 JP 7680915 B2 JP7680915 B2 JP 7680915B2 JP 2021145722 A JP2021145722 A JP 2021145722A JP 2021145722 A JP2021145722 A JP 2021145722A JP 7680915 B2 JP7680915 B2 JP 7680915B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
value
tension
stiffness
equation
calculation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021145722A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023038814A (en
Inventor
愛子 古川
憲正 高鶴
耕平 門田
実 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobelco Wire Co Ltd
Original Assignee
Shinko Wire Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinko Wire Co Ltd filed Critical Shinko Wire Co Ltd
Priority to JP2021145722A priority Critical patent/JP7680915B2/en
Publication of JP2023038814A publication Critical patent/JP2023038814A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7680915B2 publication Critical patent/JP7680915B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

特許法第30条第2項適用 1.ウエブサイトの掲載日: 令和3年5月23日 2.ウエブサイトのアドレス:・2021年度土木学会関西支部年次学術講演会のホームページ https://www.ac-research.jp/jsce/js-kansai/2021/precede/login.php 3.公開者: 高鶴憲正Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. 1. Date of website posting: May 23, 2021. 2. Website address: Home page of the 2021 Annual Academic Conference of the Kansai Branch of the Japan Society of Civil Engineers https://www.ac-research.jp/jsce/js-kansai/2021/precede/login.php 3. Publisher: Norimasa Takatsuru

特許法第30条第2項適用 1.ウエブサイトの掲載日: 令和3年8月2日 2.ウエブサイトのアドレス:・令和3年度土木学会全国大会 in 関東 オンラインのホームページ https://confit.atlas.jp/guide/event/jsce2021/top 3.公開者: 高鶴憲正Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. 1. Date of website posting: August 2, 2021. 2. Website address: 2021 National Conference of the Japan Society of Civil Engineers in Kanto Online Homepage https://confit.atlas.jp/guide/event/jsce2021/top 3. Publisher: Norimasa Takatsuru

特許法第30条第2項適用 1.ウエブサイトの掲載日: 令和3年5月15日 2.ウエブサイトのアドレス:・第24回(2021年)応用力学シンポジウムのホームページ https://confit.atlas.jp/guide/event/jsceam2021/proceedings/list 3.公開者: 高鶴憲正Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. 1. Date of website posting: May 15, 2021. 2. Website address: The 24th (2021) Symposium on Applied Mechanics website https://confit.atlas.jp/guide/event/jsceam2021/proceedings/list. 3. Publisher: Norimasa Takatsuru.

本発明は、互いに交差するように把持装置によって把持された2つの線状体それぞれの張力、曲げ剛性及びこれらの線状体の両端における回転剛性を算定するための方法に関する。 The present invention relates to a method for calculating the tension, bending stiffness, and rotational stiffness at both ends of two linear bodies held by a holding device so as to cross each other.

橋梁のケーブル、張弦梁や電線といった線状体に作用している張力を算定するための様々な方法が案出されている(特許文献1及び2を参照)。これらの方法では、一次元梁でモデル化されたケーブルの固有振動数が算定され、固有振動数の算定値は、実際のケーブルに衝撃を与えることによって得られた振動データに現れる固有振動数の実測値と比較される。この比較結果に基づいて、ケーブルの張力が算定される。 Various methods have been devised for calculating the tension acting on linear objects such as bridge cables, string beams, and electric wires (see Patent Documents 1 and 2). In these methods, the natural frequency of a cable modeled as a one-dimensional beam is calculated, and the calculated natural frequency is compared with the actual measured natural frequency appearing in vibration data obtained by applying an impact to an actual cable. The cable tension is calculated based on the results of this comparison.

特開平9-101289号公報Japanese Patent Application Publication No. 9-101289 特開平11-271155号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-271155

一次元梁をモデル化した上述の算定手法は、単一の線状体の張力を算定するのに好適に利用可能である。しかしながら、2つの線状体が互いに交差して配置され、且つ、これらの線状体の交差部が把持装置によって把持された構造に上述の算定手法が適用されても、交差部においてこれらの線状体がばらばらに動く状態の下での張力しか算定されない。すなわち、従来の張力算定方法では、交差部においてこれらの線状体が互いに拘束されていることによる影響により、精度の高い張力の算定値を得ることができない。 The above-mentioned calculation method, which models a one-dimensional beam, can be suitably used to calculate the tension of a single linear body. However, even if the above-mentioned calculation method is applied to a structure in which two linear bodies are arranged crossing each other and the intersection of these linear bodies is grasped by a grasping device, only the tension is calculated under a condition in which these linear bodies move independently at the intersection. In other words, with the conventional tension calculation method, it is not possible to obtain a highly accurate calculated value of tension due to the influence of the linear bodies being mutually constrained at the intersection.

本発明は、互いに交差するように把持装置によって把持された2つの線状体それぞれの張力、曲げ剛性及びこれらの線状体の両端における回転剛性を算定する方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for calculating the tension, bending stiffness, and rotational stiffness at both ends of two linear bodies grasped by a grasping device so that they cross each other.

本発明の一の局面に係る算定方法は、互いに交差するように把持装置によって把持された2つの線状体それぞれの張力、曲げ剛性及び前記2つの線状体それぞれの両端における回転剛性を算定するのに利用可能である。算定方法は、前記2つの線状体の振動に基づいて前記2つの線状体それぞれについて複数モードの固有振動数の実測値を得る実測工程と、前記2つの線状体の交差部が前記把持装置により把持されていることと、前記2つの線状体それぞれの両端が前記回転剛性を有していることと、を表す境界条件を用いて設定された算定基準式と、前記複数モードの前記固有振動数の前記実測値と、を用いて、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性を算定する算定工程と、を備えている。前記算定基準式は、前記張力、前記曲げ剛性、前記回転剛性及び前記複数モードの前記固有振動数の変数を含む関数が所定の値に等しくなる式として表されている。前記算定工程では、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性それぞれについて設定された候補値と、前記複数モードの前記固有振動数の前記実測値と、を前記関数の対応する変数にそれぞれ代入して、前記関数の演算値を取得し、前記取得された演算値と前記所定の値との比較に基づいて、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性を算定する。 A calculation method according to one aspect of the present invention can be used to calculate the tension, bending stiffness, and rotation stiffness at both ends of two linear bodies held by a holding device so as to intersect with each other. The calculation method includes a measurement step of obtaining actual measured values of natural frequencies of multiple modes for each of the two linear bodies based on the vibration of the two linear bodies, and a calculation step of calculating the tension, bending stiffness, and rotation stiffness using a calculation standard formula set using boundary conditions that represent that the intersection of the two linear bodies is held by the holding device and that both ends of each of the two linear bodies have the rotation stiffness, and the actual measured values of the natural frequencies of the multiple modes. The calculation standard formula is expressed as an equation in which a function including variables of the tension, bending stiffness, rotation stiffness, and the natural frequencies of the multiple modes is equal to a predetermined value. In the calculation process, the candidate values set for the tension, bending stiffness, and rotation stiffness, and the actual measured values of the natural frequencies of the multiple modes are substituted into the corresponding variables of the function to obtain the calculated values of the function, and the tension, bending stiffness, and rotation stiffness are calculated based on a comparison between the obtained calculated values and the predetermined values.

上述の構成では、張力等を算定する算定工程において用いられる算定基準式は、以下の2つの境界条件を用いて設定されている。
・2つの線状体の交差部が把持装置により把持されていること。
・2つの線状体それぞれの両端が回転剛性を有していること。
In the above-described configuration, the calculation standard equation used in the calculation step for calculating tension and the like is set using the following two boundary conditions.
The intersecting portion of the two linear bodies is held by a holding device.
- Both ends of each of the two linear bodies have rotational rigidity.

2つの線状体の交差部が把持装置により把持されているという境界条件が用いられているので、算定基準式は、2つの線状体が交差部において一体的に振動するという振動態様を表すことができる。また、回転剛性は、線状体の両端における線状体の曲がりにくさを表すので、当該境界条件を用いて設定された算定基準式は、実際の建造物中の線状体の両端における曲げに対する拘束の程度を表すことができる。 Because the boundary condition is that the intersection of the two linear bodies is gripped by a gripping device, the calculation standard formula can represent the vibration mode in which the two linear bodies vibrate together at the intersection. In addition, because rotational rigidity represents the resistance of the linear body to bending at both ends, the calculation standard formula set using this boundary condition can represent the degree of constraint against bending at both ends of the linear body in an actual building.

上述の境界条件を用いて設定された算定基準式は、張力、曲げ剛性、回転剛性及び複数モードの固有振動数の変数を含む関数が所定の値に等しくなる式として表される。これらの変数に数値を代入して得られた演算値が上述の所定の値に近ければ近いほど、代入された数値が算定基準式を成立させる真値に近いことが分かる。このため、算定工程では、張力、曲げ剛性及び回転剛性の候補値と、複数モードの固有振動数の実測値と、が対応する変数にそれぞれ代入される。この代入処理により得られた演算値を算定基準式の関数がとる所定の値と比較することにより、代入された候補値が算定基準式を成立させる真値に近いか否かが分かる。とくに、上述の算定方法では、回転剛性を変数として代入処理が行われており、線状体の両端における曲げに対する拘束の程度を考慮して、張力等を算定することができる。したがって、算定された張力等は、高い精度を有する。 The calculation standard equation set using the above-mentioned boundary conditions is expressed as an equation in which a function including variables of tension, bending stiffness, rotation stiffness, and natural frequencies of multiple modes is equal to a predetermined value. The closer the calculated value obtained by substituting numerical values for these variables is to the above-mentioned predetermined value, the closer the substituted numerical value is to the true value that satisfies the calculation standard equation. For this reason, in the calculation process, candidate values of tension, bending stiffness, and rotation stiffness, and the measured values of natural frequencies of multiple modes are respectively substituted for the corresponding variables. By comparing the calculated value obtained by this substitution process with the predetermined value taken by the function of the calculation standard equation, it is possible to know whether the substituted candidate value is close to the true value that satisfies the calculation standard equation. In particular, in the above-mentioned calculation method, the substitution process is performed using rotation stiffness as a variable, and tension, etc. can be calculated taking into account the degree of constraint against bending at both ends of the linear body. Therefore, the calculated tension, etc. has high accuracy.

上述の構成に関して、前記算定基準式は、モード次数を含むことなく、前記複数モードの前記固有振動数、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性の間の関係を表していてもよい。 With respect to the above-mentioned configuration, the calculation formula may express the relationship between the natural frequencies, the tension, the bending stiffness, and the rotational stiffness of the multiple modes without including the modal order.

特許文献1及び2の張力等の算定方法では、複数モードの固有振動数の実測値とモード次数とを対応付けて代入する必要がある。しかしながら、固有振動数とモード次数との対応付けが誤って行われることが想定される。たとえば、モード次数が3である固有振動数が見落とされた場合、実際にはモード次数が4である固有振動数が、モード次数が3である固有振動数として取得され得る。この場合、特許文献1及び2の算定式中のモード次数の変数には3が代入される一方で、算定式中の固有振動数の変数には、モード次数が4の固有振動数が代入され得る。このような誤った代入処理がなされた場合には、線状体の張力等を精度よく算定することはできない。 In the calculation methods of tension and the like in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to assign the measured values of the natural frequencies of multiple modes to the mode orders in correspondence with each other. However, it is expected that the correspondence between the natural frequencies and the mode orders will be performed incorrectly. For example, if a natural frequency with a mode order of 3 is overlooked, a natural frequency with a mode order of 4 may actually be obtained as a natural frequency with a mode order of 3. In this case, 3 may be assigned to the variable for the mode order in the calculation formula in Patent Documents 1 and 2, while a natural frequency with a mode order of 4 may be assigned to the variable for the natural frequency in the calculation formula. If such an incorrect assignment process is performed, the tension and the like of the linear body cannot be calculated with high accuracy.

一方、上述の算定方法では、モード次数を含んでいない算定基準式が用いられる。このため、線状体の固有振動数の実測値を、モード次数と対応付けることなく、算定基準式の関数に代入することができ、上述の誤った代入処理が防止される。 On the other hand, the above-mentioned calculation method uses a calculation standard formula that does not include the mode order. Therefore, the actual measured value of the natural frequency of the linear body can be substituted into the function of the calculation standard formula without corresponding to the mode order, preventing the above-mentioned erroneous substitution process.

上述の構成に関して、前記境界条件は、前記交差部における前記2つの線状体の変位方向及び変位量が等しいことを示す条件を含んでいてもよい。 With respect to the above-mentioned configuration, the boundary conditions may include a condition indicating that the displacement directions and displacement amounts of the two linear bodies at the intersection are equal.

2つの線状体が交差部において把持装置により把持されている構造に衝撃を与えたときにおいて、交差部における2つの線状体の変位(すなわち、変位方向及び変位量)は、互いに等しくなる。上述の構成では、2つの線状体の変位(すなわち、変位方向及び変位量)が等しいという境界条件が用いられるので、交差部において把持装置によって把持された2つの線状体の張力を算定することが可能になる。 When two linear bodies impact a structure held by a holding device at an intersection, the displacements (i.e., the direction and amount of displacement) of the two linear bodies at the intersection are equal. In the above-described configuration, the boundary condition that the displacements (i.e., the direction and amount of displacement) of the two linear bodies are equal is used, making it possible to calculate the tensions of the two linear bodies held by the holding device at the intersection.

上述の構成に関して、前記算定基準式の前記関数は、前記2つの線状体のうち一方の線状体における前記交差部に作用する力と、他方の線状体における前記交差部に作用する力と、の和を、前記複数モードの固有振動数、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性の変数を用いて表していてもよい。前記算定基準式は、前記関数がゼロの値に等しくなる式として表されていてもよい。前記算定工程では、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性の前記候補値と、前記複数モードの固有振動数の前記実測値と、を前記関数の対応する変数にそれぞれ代入して、前記演算値を取得してもよい。前記取得された演算値と前記ゼロの値との比較に基づいて、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性を算定してもよい。 Regarding the above-mentioned configuration, the function of the calculation standard formula may express the sum of the force acting on the intersection of one of the two linear bodies and the force acting on the intersection of the other linear body using variables of the natural frequency of the multiple modes, the tension, the bending stiffness, and the rotation stiffness. The calculation standard formula may be expressed as an equation in which the function is equal to a value of zero. In the calculation step, the candidate values of the tension, the bending stiffness, and the rotation stiffness, and the actual measured value of the natural frequency of the multiple modes may be substituted for the corresponding variables of the function to obtain the calculated value. The tension, the bending stiffness, and the rotation stiffness may be calculated based on a comparison between the obtained calculated value and the value of zero.

上述の構成では、2つの線状体は、これらの交差部において把持部によって把持されているので、交差部においてこれらの線状体に作用する力は釣り合う。すなわち、一方の線状体において交差部に作用する力と他方の線状体において交差部に作用する力との和はゼロに等しくなり、この力の釣り合い関係が算定基準式により表されている。交差部に作用する力は、張力、曲げ剛性、回転剛性及び複数モードの固有振動数の変数を含む関数として表すことが可能である。これらの変数に数値を代入することにより当該関数から得られた演算値がゼロの値に近ければ近いほど、代入された数値が、交差部における力の釣り合い関係が成り立つ条件に近いことが分かる。このため、算定工程では、代入処理により得られた演算値とゼロの値とを比較することにより、張力等を算定している。 In the above-mentioned configuration, the two linear bodies are held by the holding parts at their intersections, so that the forces acting on these linear bodies at the intersections are balanced. In other words, the sum of the force acting on one linear body at the intersection and the force acting on the other linear body at the intersection is equal to zero, and this balance of forces is expressed by the calculation formula. The force acting on the intersections can be expressed as a function including variables for tension, bending rigidity, rotational rigidity, and natural vibration frequencies of multiple modes. The closer the calculated value obtained from the function by substituting numerical values for these variables is to zero, the closer the substituted numerical values are to the conditions under which the balance of forces at the intersections is established. For this reason, in the calculation process, tension, etc. are calculated by comparing the calculated value obtained by the substitution process with the value of zero.

上述の構成に関して、前記実測工程では、前記複数モードの前記固有振動数の前記実測値にそれぞれ対応する前記複数モードの前記固有振動数におけるフーリエ振幅を前記2つの線状体それぞれにおける互いに異なる2つの位置において測定するとともに、前記2つの位置について得られた前記フーリエ振幅の実測値の比であるフーリエ振幅比の実測値を取得する。前記算定基準式の前記関数は、前記張力、前記曲げ剛性、前記回転剛性及び前記複数モードの前記固有振動数の関数として表されるフーリエ振幅比の理論式から得られる理論値と、前記フーリエ振幅比の前記実測値と、の差を表すように設定されている。前記算定基準式は、前記フーリエ振幅比の前記理論値と前記フーリエ振幅比の前記実測値との前記差がゼロの値に等しくなるという関係を表すように設定されている。前記算定工程では、前記実測工程において取得された前記フーリエ振幅比の前記実測値を前記関数における前記フーリエ振幅比の前記実測値の項に代入するとともに、前記張力、前記曲げ剛性、前記回転剛性の候補値と、前記複数モードの前記固有振動数の前記実測値と、を前記理論式に代入することにより、前記フーリエ振幅比の前記実測値と、前記フーリエ振幅比の前記理論値と、の前記差を前記演算値として取得し、前記差に係る前記演算値と前記ゼロの値との比較に基づいて、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性を算定する。 Regarding the above-mentioned configuration, in the actual measurement step, the Fourier amplitudes at the natural frequencies of the multiple modes corresponding to the actual values of the natural frequencies of the multiple modes are measured at two different positions on each of the two linear bodies, and an actual value of a Fourier amplitude ratio, which is the ratio of the actual values of the Fourier amplitudes obtained at the two positions, is obtained. The function of the calculation standard formula is set to represent the difference between the theoretical value obtained from the theoretical formula of the Fourier amplitude ratio expressed as a function of the tension, the bending rigidity, the rotational rigidity, and the natural frequencies of the multiple modes, and the actual value of the Fourier amplitude ratio. The calculation standard formula is set to represent the relationship in which the difference between the theoretical value of the Fourier amplitude ratio and the actual value of the Fourier amplitude ratio is equal to zero. In the calculation process, the actual value of the Fourier amplitude ratio acquired in the actual measurement process is substituted into the term of the actual value of the Fourier amplitude ratio in the function, and the candidate values of the tension, bending stiffness, and rotational stiffness, and the actual values of the natural frequencies of the multiple modes are substituted into the theoretical formula to obtain the difference between the actual value of the Fourier amplitude ratio and the theoretical value of the Fourier amplitude ratio as the calculated value, and the tension, bending stiffness, and rotational stiffness are calculated based on a comparison between the calculated value of the difference and the value of zero.

フーリエ振幅比の理論式は、張力、曲げ剛性、回転剛性及び複数モードの固有振動数の関数として表され得る。上述の構成では、この理論式に、張力、曲げ剛性、回転剛性の候補値と複数モードの固有振動数の実測値とを代入して得られたフーリエ振幅比の理論値が算出される。この理論値がフーリエ振幅比の実測値に近ければ、フーリエ振幅比の実測値と理論値との差である演算値は、ゼロの値に近くなる。したがって、演算値とゼロの値とを比較することにより、理論式に代入された張力、曲げ剛性及び回転剛性の候補値が算定基準式を成立させる真値に近いか否かが分かる。 The theoretical formula for the Fourier amplitude ratio can be expressed as a function of tension, bending stiffness, rotational stiffness, and the natural frequencies of multiple modes. In the above configuration, the theoretical value of the Fourier amplitude ratio is calculated by substituting the candidate values of tension, bending stiffness, and rotational stiffness and the actual measured values of the natural frequencies of multiple modes into this theoretical formula. If this theoretical value is close to the actual measured value of the Fourier amplitude ratio, the calculated value, which is the difference between the actual and theoretical values of the Fourier amplitude ratio, is close to zero. Therefore, by comparing the calculated value with zero, it is possible to determine whether the candidate values of tension, bending stiffness, and rotational stiffness substituted into the theoretical formula are close to the true values that establish the calculation standard formula.

上述の構成に関して、前記算定工程では、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性のうち少なくとも1つについて設定された他の候補値と、前記複数モードの固有振動数の前記実測値と、を前記関数に代入することにより他の演算値を取得することを繰り返して、複数の演算値を取得し、前記複数の演算値の中で前記所定の値に最も近いものが得られた候補値を、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性の算定値として決定してもよい。 In the above-mentioned configuration, in the calculation step, the calculation process may repeatedly obtain other calculated values by substituting another candidate value set for at least one of the tension, the bending stiffness, and the rotation stiffness, and the actual measured value of the natural frequency of the multiple modes into the function, thereby obtaining multiple calculated values, and the candidate value that is closest to the predetermined value among the multiple calculated values may be determined as the calculated value of the tension, the bending stiffness, and the rotation stiffness.

上述の算定方法では、複数の候補値が算定基準式の関数に代入されるので、複数の演算値が得られる。これらの演算値のうち算定基準式が成り立つときの所定の値に近いものが得られた候補値は、算定基準式を成り立たせる真値に比較的近い。このような候補値が張力等の算定値として決定されるので、張力等の算定値の精度が向上する。 In the above-mentioned calculation method, multiple candidate values are substituted into the function of the calculation standard formula, resulting in multiple calculated values. Among these calculated values, the candidate value obtained is close to the predetermined value when the calculation standard formula holds, and is relatively close to the true value that holds for the calculation standard formula. Since such candidate values are determined as the calculated values of tension, etc., the accuracy of the calculated values of tension, etc. is improved.

上述の構成に関して、前記算定工程では、前記演算値と前記所定の値との差が所定の閾値未満になるまで、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性のうち少なくとも1つについて設定された他の候補値と、前記複数モードの固有振動数の前記実測値と、を前記関数に代入する代入処理を繰り返してもよい。 Regarding the above-mentioned configuration, in the calculation step, a substitution process may be repeated in which another candidate value set for at least one of the tension, the bending stiffness, and the rotational stiffness, and the actual measured values of the natural frequencies of the multiple modes are substituted into the function until the difference between the calculated value and the predetermined value becomes less than a predetermined threshold value.

上述の算定方法では、張力等の算定値の精度を保証するために、演算値と、算定基準式が成り立つときの所定の値と、の差に対して閾値が設けられている。これらの差が閾値未満になるまで、代入処理が繰り返されるので、張力等の算定値は、閾値によって保証される精度を有する。 In the above-mentioned calculation method, in order to guarantee the accuracy of the calculated values of tension, etc., a threshold is set for the difference between the calculated value and a predetermined value when the calculation standard formula is satisfied. The substitution process is repeated until the difference between these values becomes less than the threshold, so that the calculated values of tension, etc. have the accuracy guaranteed by the threshold.

上述の技術は、互いに交差するように把持装置によって把持された2つの線状体それぞれの張力及び曲げ剛性を算定することを可能にする。 The above-described technique makes it possible to calculate the tension and bending stiffness of each of two linear bodies grasped by a grasping device so that they cross each other.

2つのケーブルが交差した構造を有している構造体の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a structure having two crossed cables. ケーブルを一次元梁としてモデル化した振動モデルの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a vibration model in which a cable is modeled as a one-dimensional beam. ケーブルの交差部の周囲において作用する力の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of forces acting around a cable intersection. 張力等の算定方法の概略的なフローチャートである。10 is a schematic flowchart of a method for calculating tension and the like. ケーブルの振動の時刻歴応答値に対するフーリエ変換を行って得られたデータである。This data was obtained by performing a Fourier transform on the time history response values of the cable vibration. MultiStart法に基づく最適解の探索方法を表すグラフである。1 is a graph showing a method for searching for an optimal solution based on the MultiStart method. ケーブルの振動の時刻歴応答値に対するフーリエ変換を行って得られたデータである。This data was obtained by performing a Fourier transform on the time history response values of the cable vibration. 張力等の算定方法の概略的なフローチャートである。10 is a schematic flowchart of a method for calculating tension and the like. 2つのケーブルが交差した構造を有している構造体の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a structure having two crossed cables. 張力等の算定方法の概略的なフローチャートである。10 is a schematic flowchart of a method for calculating tension and the like. ケーブルの振動の時刻歴応答値に対するフーリエ変換を行って得られたデータである。This data was obtained by performing a Fourier transform on the time history response values of the cable vibration.

図1は、2つのケーブル121,122(線状体)が互いに交差した構造を有している構造体100の概略的な平面図である。ケーブル121,122は、張力を与えられた状態で固定されている。ケーブル121,122それぞれの両端部は、所定の回転剛性を有した状態で支持されている。 Figure 1 is a schematic plan view of a structure 100 in which two cables 121, 122 (linear bodies) cross each other. The cables 121, 122 are fixed in a tensioned state. Both ends of the cables 121, 122 are supported with a predetermined rotational rigidity.

ケーブル121,122の交差部には、把持装置130が取り付けられている。把持装置130は、ケーブル121,122の交差部においてこれらのケーブル121,122を把持するように構成されている。したがって、交差部において、両ケーブル121,122の振動振幅及び振動方向は等しくなる。 A gripping device 130 is attached to the intersection of the cables 121 and 122. The gripping device 130 is configured to grip the cables 121 and 122 at their intersection. Therefore, the vibration amplitude and direction of both cables 121 and 122 are equal at the intersection.

交差部に取り付けられた把持装置130により、ケーブル121,122はそれぞれ、2つのスパンに分けられる。図1におけるケーブル121の左端から把持装置130までのケーブル121の長さ部分を、以下の説明では、「スパン171」と称する。図1におけるケーブル121の右端から把持装置130までのケーブル121の長さ部分を、以下の説明では、「スパン172」と称する。図1におけるケーブル122の左端から把持装置130までのケーブル121の長さ部分を、以下の説明では、「スパン173」と称する。図1におけるケーブル121の右端から把持装置130までのケーブル122の長さ部分を、以下の説明では、「スパン174」と称する。 The cables 121 and 122 are each divided into two spans by the gripping device 130 attached to the intersection. In the following description, the length of the cable 121 from the left end of the cable 121 to the gripping device 130 in FIG. 1 is referred to as "span 171." In the following description, the length of the cable 121 from the right end of the cable 121 to the gripping device 130 in FIG. 1 is referred to as "span 172." In the following description, the length of the cable 121 from the left end of the cable 122 to the gripping device 130 in FIG. 1 is referred to as "span 173." In the following description, the length of the cable 122 from the right end of the cable 121 to the gripping device 130 in FIG. 1 is referred to as "span 174."

ケーブル121のスパン171には、加速度センサ141が取り付けられており、ケーブル122のスパン173には、加速度センサ143が取り付けられている。加速度センサ141,143は、ケーブル121,122のうち少なくとも一方に与えられた衝撃によってケーブル121,122に生じた振動の加速度を検出するように構成されている。なお、本実施形態では、ケーブル121,122は、ケーブル121,122を含む面に対して直角の方向(図1の紙面に直角の方向)において加振される。以下の説明では、ケーブル121,122を含む面に対して直角の方向を「面外方向」と称する。 An acceleration sensor 141 is attached to span 171 of cable 121, and an acceleration sensor 143 is attached to span 173 of cable 122. Acceleration sensors 141, 143 are configured to detect the acceleration of vibrations generated in cables 121, 122 due to an impact given to at least one of cables 121, 122. In this embodiment, cables 121, 122 are vibrated in a direction perpendicular to the plane including cables 121, 122 (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1). In the following description, the direction perpendicular to the plane including cables 121, 122 is referred to as the "out-of-plane direction."

加速度センサ141,143は、データ収集装置160(たとえば、パーソナルコンピュータ)に電気的に接続され、加速度センサ141,143によって取得された加速度のデータは、時刻歴応答値としてデータ収集装置160に蓄積される。データ収集装置160は、加速度のデータに対して所定の解析処理を行うように構成され、この解析処理を通じてケーブル121,122の固有振動数(面外方向の固有振動数)の実測値のデータが得られる。得られた固有振動数のデータに基づき、ケーブル121,122それぞれの張力等が算定される。 The acceleration sensors 141, 143 are electrically connected to a data collection device 160 (e.g., a personal computer), and the acceleration data acquired by the acceleration sensors 141, 143 is stored in the data collection device 160 as a time history response value. The data collection device 160 is configured to perform a predetermined analysis process on the acceleration data, and through this analysis process, data on the actual measured values of the natural frequencies (natural frequencies in the out-of-plane direction) of the cables 121, 122 is obtained. Based on the obtained natural frequency data, the tensions, etc. of the cables 121, 122 are calculated.

<算定基準式の導出>
ケーブル121,122それぞれの張力等の算出のために、ケーブル121,122に対する振動方程式に基づく算定基準式が導出される。なお、算定基準式は、張力等の変数を含む関数が所定の値に等しくなるという式で表される。算定基準式の関数がとる所定の値を基準として、後述の演算処理により得られた張力等の算定値が真値に近いか否かが判定される。
<Derivation of the calculation formula>
In order to calculate the tensions, etc. of the cables 121, 122, a calculation standard formula based on the vibration equation for the cables 121, 122 is derived. The calculation standard formula is expressed as a formula in which a function including variables such as tensions is equal to a predetermined value. Using the predetermined value taken by the function of the calculation standard formula as a standard, it is determined whether the calculated values of tensions, etc. obtained by the calculation processing described below are close to true values.

算定基準式は、図2に示すように、両端が所定の回転剛性を有した状態で支持された一次元梁として、ケーブル121,122それぞれをモデル化することにより設定可能である。図2において、下付文字kは、1又は2の値をとる。下付文字kが1の値をとるとき、図2のモデルは、図1のケーブル121を意味している。下付文字kが2の値をとるとき、図2のモデルは、図1のケーブル122を意味している。また、以下の説明において、「ケーブルk」との用語は、ケーブル121,122のうち一方を意味している。すなわち、「k」が1の値をとるとき、「ケーブルk」との用語は、ケーブル121を意味し、「k」が2の値をとるとき、「ケーブルk」との用語は、ケーブル122を意味する。 The calculation formula can be set by modeling each of cables 121 and 122 as a one-dimensional beam supported at both ends with a predetermined rotational stiffness, as shown in FIG. 2. In FIG. 2, subscript k takes the value of 1 or 2. When subscript k takes the value of 1, the model in FIG. 2 refers to cable 121 in FIG. 1. When subscript k takes the value of 2, the model in FIG. 2 refers to cable 122 in FIG. 1. In the following description, the term "cable k" refers to one of cables 121 and 122. That is, when "k" takes the value of 1, the term "cable k" refers to cable 121, and when "k" takes the value of 2, the term "cable k" refers to cable 122.

図2のモデルでは、ケーブルkの両端が所定の回転剛性を有していることを表すために、ケーブルkの両端には、回転ばねが挿入されており、ケーブルkの両端の回転剛性は、回転ばねの剛性(すなわち、回転ばね剛性K)で表されている。 In the model of FIG. 2, a rotational spring is inserted into both ends of cable k to indicate that both ends of cable k have a predetermined rotational stiffness, and the rotational stiffness of both ends of cable k is represented by the stiffness of the rotational spring (i.e., rotational spring stiffness K k ).

図2において、ケーブルk上に交差部131が示されている。交差部131は、ケーブル121,122が交差している部分(すなわち、図1の把持装置130の把持位置)を意味している。以下の説明において、ケーブルkの左端から交差部131までのスパン(すなわち、ケーブル121,122のスパン171,173)の長さをLk1とする。ケーブルkの他端部から交差部131までのスパン(すなわち、ケーブル121,122のスパン172,174)の長さをLk2とする。ケーブルkの全長(Lk1+Lk2)をLとする。 In Fig. 2, an intersection 131 is shown on cable k. The intersection 131 refers to the portion where the cables 121 and 122 intersect (i.e., the gripping position of the gripping device 130 in Fig. 1). In the following description, the length of the span from the left end of cable k to the intersection 131 (i.e., spans 171 and 173 of cables 121 and 122) is defined as Lk1 . The length of the span from the other end of cable k to the intersection 131 (i.e., spans 172 and 174 of cables 121 and 122) is defined as Lk2 . The total length of cable k ( Lk1 + Lk2 ) is defined as Lk .

図2において、ケーブルkの左端を原点として右方に延びるxk1軸と、ケーブルkの右端を原点として左方に延びるxk2軸と、が設けられている。また、図2の紙面に対して直角の向きを面外方向とし、この方向におけるケーブルkの変位量をwkdで示す。下付文字dは、ケーブルkのスパンを示すために用いられており、1又は2の値をとる。1の値をとる下付文字dは、ケーブルkの左側のスパンを示している。2の値をとる下付文字dは、ケーブルkの右側のスパンを示している。すなわち、変位量「w11」は、ケーブル121のスパン171の面外方向における変位量を示している。変位量「w12」は、ケーブル121のスパン172の面外方向における変位量を示している。変位量「w21」は、ケーブル122のスパン173の面外方向における変位量を示している。変位量「w22」は、ケーブル122のスパン174の面外方向における変位量を示している。 In Fig. 2, an xk1 axis extends rightward from the left end of cable k as the origin, and an xk2 axis extends leftward from the right end of cable k as the origin. The direction perpendicular to the paper surface of Fig. 2 is the out-of-plane direction, and the displacement of cable k in this direction is indicated by wkd . Subscript d is used to indicate the span of cable k and takes a value of 1 or 2. Subscript d with a value of 1 indicates the left span of cable k. Subscript d with a value of 2 indicates the right span of cable k. That is, displacement amount " w11 " indicates the displacement amount of span 171 of cable 121 in the out-of-plane direction. Displacement amount " w12 " indicates the displacement amount of span 172 of cable 121 in the out-of-plane direction. Displacement amount " w21 " indicates the displacement amount of span 173 of cable 122 in the out-of-plane direction. Displacement "w 22 " represents the amount of displacement of span 174 of cable 122 in the out-of-plane direction.

時刻tにおけるケーブルkの振動方程式は、以下のように与えられる。なお、把持装置130の質量は、考慮に入れないものとする。 The vibration equation of cable k at time t is given as follows. Note that the mass of the gripping device 130 is not taken into account.

Figure 0007680915000001
Figure 0007680915000001

上述の振動方程式(数1)を変数分離法で解くと、以下の関係式が得られる。 When the above vibration equation (equation 1) is solved using the variable separation method, the following relationship is obtained.

Figure 0007680915000002
Figure 0007680915000002

この関係式(数2)を用いて、「数1」の振動方程式は、以下のように書き換えられる。 Using this relationship (equation 2), the vibration equation (equation 1) can be rewritten as follows:

Figure 0007680915000003
Figure 0007680915000003

「数3」の振動方程式の一般解は、以下のように表される。 The general solution to the vibration equation in "Equation 3" is expressed as follows.

Figure 0007680915000004
Figure 0007680915000004

ケーブルkの両端部(xkd=0)において、ケーブルkの変位は生じず、ケーブルkの両端部には、回転ばね剛性Kを有している回転ばねが挿入されているから、ケーブルkの両端部における変位及び曲げモーメントに関して、以下の境界条件が成立する。以下の曲げモーメントに係る境界条件は、ケーブル121,122の両端部が回転剛性を有していることを表している。 At both ends of cable k (x kd =0), no displacement of cable k occurs, and since rotational springs having a rotational spring stiffness K k are inserted at both ends of cable k, the following boundary conditions are established regarding the displacement and bending moment at both ends of cable k. The following boundary conditions regarding the bending moment indicate that both ends of cables 121 and 122 have rotational stiffness.

Figure 0007680915000005
Figure 0007680915000005

ケーブルkの交差部131(xk1=Lk1,xk2=Lk2)においては、交差部131の左右のスパンの変位量、傾き及び曲げモーメントは等しくなるので、以下の境界条件が成立する。 At the intersection 131 (x k1 =L k1 , x k2 =L k2 ) of cable k, the displacement, inclination, and bending moment of the left and right spans of the intersection 131 are equal, and the following boundary condition is established.

Figure 0007680915000006
Figure 0007680915000006

ここで、交差部131(xk1=Lk1,xk2=Lk2)における把持装置130によるケーブル121(k=1),122(k=2)に対する拘束の影響を考慮する。まず、交差部131(xk1=Lk1,xk2=Lk2)においては、把持装置130がケーブル121(k=1),122(k=2)を把持しており、これらのケーブル121,122の変位方向及び変位量は等しくなる。また、交差部131(xk1=Lk1,xk2=Lk2)においては、ケーブル121(k=1),122(k=2)に作用する力は釣り合う。 Here, we consider the effect of restraint by the gripping device 130 on the cables 121 (k=1) and 122 (k=2) at the intersection 131 ( xk1 = Lk1 , xk2 = Lk2 ). First, at the intersection 131 ( xk1 = Lk1 , xk2 = Lk2 ), the gripping device 130 grips the cables 121 (k=1) and 122 (k=2), and the displacement directions and amounts of displacement of these cables 121 and 122 are equal. Furthermore, at the intersection 131 ( xk1 = Lk1 , xk2 = Lk2 ), the forces acting on the cables 121 (k=1) and 122 (k=2) are balanced.

まず、交差部131(xk1=Lk1,xk2=Lk2)においてケーブル121,122の変位方向及び変位量がともに等しくなるという境界条件は、以下のように表される。 First, the boundary condition that the displacement directions and displacement amounts of the cables 121 and 122 are equal at the intersection 131 (x k1 =L k1 , x k2 =L k2 ) is expressed as follows.

Figure 0007680915000007
Figure 0007680915000007

次に、ケーブル121,122が交差部131において把持装置130によって把持されている状態での交差部131(xk1=Lk1,xk2=Lk2)における力の釣り合いを、図3を参照して説明する。 Next, the balance of forces at the intersection 131 (x k1 =L k1 , x k2 =L k2 ) when the cables 121 and 122 are held by the holding device 130 at the intersection 131 will be described with reference to FIG.

交差部131では、ケーブルkの左側のスパンにおいては、せん断力Qk1(Lk1)が作用し、ケーブルkの右側のスパンにおいては、せん断力Qk2(Lk2)が作用する。交差部131では、これらのせん断力は釣り合う。このため、ケーブル121,122が交差部131において把持装置130によって把持されている状態での交差部131(xk1=Lk1,xk2=Lk2)における力の釣り合いについて、以下の境界条件が得られる。 At the intersection 131, a shear force Qk1 ( Lk1 ) acts on the left span of cable k, and a shear force Qk2 ( Lk2 ) acts on the right span of cable k. These shear forces are balanced at the intersection 131. Therefore, the following boundary conditions are obtained for the balance of forces at the intersection 131 ( xk1 = Lk1 , xk2 = Lk2 ) when the cables 121, 122 are gripped by the gripping device 130 at the intersection 131.

Figure 0007680915000008
Figure 0007680915000008

「数8」の左辺における第1項は、ケーブル121上の交差部131に作用する力を表しており、第2項は、ケーブル122上の交差部131に作用する力を表している。「数8」の左辺は、ケーブル121,122の交差部131に作用する力の和を表している。「数8」は、ケーブル121,122の交差部131に作用する力の和がゼロの値に等しくなった状態、すなわち、当該力が釣り合った状態を表している。 The first term on the left side of "Equation 8" represents the force acting on intersection 131 on cable 121, and the second term represents the force acting on intersection 131 on cable 122. The left side of "Equation 8" represents the sum of the forces acting on intersection 131 of cables 121, 122. "Equation 8" represents the state in which the sum of the forces acting on intersection 131 of cables 121, 122 is equal to zero, in other words, the forces are balanced.

上述の「数5」の境界条件の式を、「数4」の一般解の式に適用して得られる行列式を以下に示す。 The determinant obtained by applying the boundary condition equation in "Equation 5" above to the general solution equation in "Equation 4" is shown below.

Figure 0007680915000009
Figure 0007680915000009

また、上述の「数6」における変位及び曲げモーメントに関する境界条件の式は、以下の行列式によって表される。 The boundary condition equations for the displacement and bending moment in the above "Equation 6" are expressed by the following determinant:

Figure 0007680915000010
Figure 0007680915000010

この行列式(数10)は、「数4」の一般解の式と、この一般解の式の2階微分によって、以下のように表される。 This determinant (number 10) can be expressed as follows using the general solution equation of "number 4" and the second derivative of this general solution equation:

Figure 0007680915000011
Figure 0007680915000011

上述の「数9」を「数11」に代入すると、以下の関係式が得られる。 By substituting the above "Number 9" into "Number 11", we obtain the following relational equation.

Figure 0007680915000012
Figure 0007680915000012

上述の「数12」の行列Fkdを用いて、「数10」は、以下のように書き換え可能である。 Using the matrix F kd of Equation 12 above, Equation 10 can be rewritten as follows:

Figure 0007680915000013
Figure 0007680915000013

次に、「数4」の一般解の式の一階微分は、以下のように表される。 Next, the first derivative of the general solution equation of "Mathematical formula 4" is expressed as follows.

Figure 0007680915000014
Figure 0007680915000014

「数14」に「数9」の行列式を代入すると、以下の関係式が得られる。 By substituting the determinant of "Number 9" into "Number 14", we obtain the following relationship.

Figure 0007680915000015
Figure 0007680915000015

「数15」の行列Hkdを用いて、「数6」の傾きに関する境界条件は、以下のように表される。 Using the matrix H kd in "Equation 15", the boundary condition for the slope in "Equation 6" is expressed as follows:

Figure 0007680915000016
Figure 0007680915000016

「数16」に「数13」の関係式を代入すると、以下の関係式が得られる。 By substituting the equation in "Number 13" into "Number 16", we obtain the following equation.

Figure 0007680915000017
Figure 0007680915000017

「数17」に基づいて、以下の関係式が得られる。 Based on "Equation 17", the following equation is obtained:

Figure 0007680915000018
Figure 0007680915000018

次に、「数4」の一般解の式は、行列を用いて、以下のように表される。 Next, the general solution of "Equation 4" can be expressed using a matrix as follows:

Figure 0007680915000019
Figure 0007680915000019

「数19」に「数9」を代入すると、以下の関係式が得られる。 By substituting "Number 9" into "Number 19", we get the following equation.

Figure 0007680915000020
Figure 0007680915000020

「数20」を用いて、上述の「数7」(交差部131における変位に係る境界条件の式)は、以下のように表される。 Using "Number 20", the above "Number 7" (the equation for the boundary condition related to the displacement at the intersection 131) can be expressed as follows.

Figure 0007680915000021
Figure 0007680915000021

「数21」に「数18」を代入すると、以下の関係式が得られる。 By substituting "Number 18" into "Number 21", we obtain the following equation.

Figure 0007680915000022
Figure 0007680915000022

交差部131における変位がゼロでないという仮定の下では、上述の「数22」は、以下のように書き換え可能である。 Under the assumption that the displacement at intersection 131 is not zero, the above "equation 22" can be rewritten as follows:

Figure 0007680915000023
Figure 0007680915000023

次に、「数4」の一般解の式の三階微分は、以下のように表される。 Next, the third derivative of the general solution equation of "Mathematical formula 4" is expressed as follows.

Figure 0007680915000024
Figure 0007680915000024

「数24」に「数9」を代入すると、以下の関係式が得られる。 By substituting "Number 9" into "Number 24", we get the following equation.

Figure 0007680915000025
Figure 0007680915000025

「数25」の行列Jkdを用いて、「数8」(力の釣り合いに係る境界条件の式)の中括弧内の式は、以下のように書き換え可能である。 Using the matrix J kd in "Equation 25", the equation in the curly brackets of "Equation 8" (the equation for the boundary condition related to the balance of forces) can be rewritten as follows:

Figure 0007680915000026
Figure 0007680915000026

「数26」に「数13」を代入すると、「数26」は、以下のように変形可能である。 By substituting "Number 13" into "Number 26," "Number 26" can be transformed as follows.

Figure 0007680915000027
Figure 0007680915000027

「数27」に「数18」を代入すると、「数27」は、以下のように変形可能である。 By substituting "Number 18" into "Number 27", "Number 27" can be transformed as follows.

Figure 0007680915000028
Figure 0007680915000028

「数28」に基づき、「数8」(力の釣り合いに係る境界条件の式)は、以下のように書き換え可能である。 Based on "Number 28," "Number 8" (the equation for the boundary condition related to the balance of forces) can be rewritten as follows.

Figure 0007680915000029
Figure 0007680915000029

「数29」を「数23」に代入すると、以下の関係式が得られる。 By substituting "Number 29" into "Number 23", we get the following equation.

Figure 0007680915000030
Figure 0007680915000030

「数30」が自明解以外の解を持つには、中括弧内の値がゼロになる必要がある。このため、以下の関係式が得られる。 For "Number 30" to have a solution other than the trivial one, the value in the curly brackets must be zero. This gives us the following relationship:

Figure 0007680915000031
Figure 0007680915000031

「数31」には、双曲線関数が含まれているため、桁落ち等の問題を防ぐために、「数31」の第1項の分子及び分母を「m11」で割り、第2項の分子及び分母を「m21」で割る。この処理の結果、「数31」は、以下のように変形される。 Since "Number 31" contains a hyperbolic function, in order to prevent problems such as cancellation of digits, the numerator and denominator of the first term of "Number 31" are divided by "m 11 ", and the numerator and denominator of the second term are divided by "m 21 ". As a result of this process, "Number 31" is transformed as follows:

Figure 0007680915000032
Figure 0007680915000032

「数32」の第1項を「fun1」で表し、第2項を「fun2」で表す。 The first term of "number 32" is represented as "fun1" and the second term is represented as "fun2".

Figure 0007680915000033
Figure 0007680915000033

fun1の各項について、約分するとともに桁落ち等の問題を防止するための処理を行うと、fun1の各項は、以下のように展開される。 When each term in fun1 is simplified and processed to prevent problems such as truncation, each term in fun1 is expanded as follows:

Figure 0007680915000034
Figure 0007680915000034

なお、「数34」中の「Nanm11」、「Nanm12」、「NaFm11」及び「NaFm12」は、以下のように表される。 In addition, "Na nm11 ", "Na nm12 ", "Na Fm11 ", and "Na Fm12 " in "Equation 34" are expressed as follows.

Figure 0007680915000035
Figure 0007680915000035

Figure 0007680915000036
Figure 0007680915000036

Figure 0007680915000037
Figure 0007680915000037

Figure 0007680915000038
Figure 0007680915000038

Figure 0007680915000039
Figure 0007680915000039

Figure 0007680915000040
Figure 0007680915000040

Figure 0007680915000041
Figure 0007680915000041

Figure 0007680915000042
Figure 0007680915000042

「Nanm11」、「Nanm12」、「NaFm11」及び「NaFm12」を用いて、上述の「fun1」は、以下のように表される。 Using "Na nm11 ", "Na nm12 ", "Na Fm11 ", and "Na Fm12 ", the above-mentioned "fun1" is expressed as follows.

Figure 0007680915000043
Figure 0007680915000043

ここで、ケーブルkの両端の回転ばね剛性rを以下のように定義する。 Here, the rotational spring stiffness r k at both ends of the cable k is defined as follows:

Figure 0007680915000044
Figure 0007680915000044

上述の「数44」では、回転ばね剛性rがゼロに近ければ近いほど、ケーブルkの両端が自由端に近い状態で支持された状態になっている。一方、回転ばね剛性rが1に近ければ近いほど、ケーブルkの両端が固定端に近い状態で支持された状態になっている。 In the above-mentioned "Equation 44", the closer the rotational spring stiffness r k is to zero, the closer both ends of the cable k are to being supported as free ends. On the other hand, the closer the rotational spring stiffness r k is to 1, the closer both ends of the cable k are to being supported as fixed ends.

「数43」の「fun1」について、回転ばね剛性rが1未満のときと、回転ばね剛性rが1に等しいときとで場合分けをすると、「fun1」は、以下のように表される。なお、回転ばね剛性rが1に等しいときにおいて、Pが無限大となる。無限大を含んだ計算を避けるために、回転ばね剛性rの値に応じた場合分けがなされている。 Regarding "fun1" in "Equation 43", if the case is divided into when the rotational spring stiffness r1 is less than 1 and when the rotational spring stiffness r1 is equal to 1, "fun1" is expressed as follows. Note that when the rotational spring stiffness r1 is equal to 1, P1 becomes infinity. In order to avoid calculations that include infinity, the case is divided according to the value of the rotational spring stiffness r1 .

Figure 0007680915000045
Figure 0007680915000045

「数43」の「fun2」についても、回転ばね剛性rが1未満のときと、回転ばね剛性rが1に等しいときとで場合分けをすると、「fun2」は、以下のように表される。 Regarding “fun2” in “Equation 43”, when the rotational spring stiffness r2 is less than 1 and when the rotational spring stiffness r2 is equal to 1, “fun2” can be expressed as follows:

Figure 0007680915000046
Figure 0007680915000046

「数45」及び「数46」中の「qk0」、「qk1」、「qk2」、「qk2」、「sk0」、「sk1」、「sk2」及び「sk2」は、以下のように表される。 "q k0 ", "q k1 ", "q k2 ", "q k2 ", "s k0 ", "s k1 ", "s k2 ", and "s k2 " in "Equation 45" and "Equation 46 " are expressed as follows.

Figure 0007680915000047
Figure 0007680915000047

Figure 0007680915000048
Figure 0007680915000048

Figure 0007680915000049
Figure 0007680915000049

Figure 0007680915000050
Figure 0007680915000050

Figure 0007680915000051
Figure 0007680915000051

Figure 0007680915000052
Figure 0007680915000052

Figure 0007680915000053
Figure 0007680915000053

Figure 0007680915000054
Figure 0007680915000054

Figure 0007680915000055
Figure 0007680915000055

Figure 0007680915000056
Figure 0007680915000056

Figure 0007680915000057
Figure 0007680915000057

上述の如く定義された「fun1」及び「fun2」を用いて、上述の「数31」は、以下のように書き換え可能である。 Using "fun1" and "fun2" defined as above, the above "Number 31" can be rewritten as follows:

Figure 0007680915000058
Figure 0007680915000058

「fun1」及び「fun2」の分母(「数45」を参照)を、以下の式で表すように「fun3」及び「fun4」でそれぞれ表す。 The denominators of "fun1" and "fun2" (see "Equation 45") are represented as "fun3" and "fun4", respectively, as shown in the following equation.

Figure 0007680915000059
Figure 0007680915000059

「fun3」及び「fun4」がゼロになるとき、上述の「数58」は成立しなくなるので、以下のように、「数58」に「fun3」及び「fun4」の積を掛ける。なお、「fun3」は、交差部131においてケーブル121の振幅がゼロになるときゼロの値をとり、「fun4」は、交差部131においてケーブル122の振幅がゼロになるときゼロの値をとる。「数58」に「fun3」及び「fun4」の積を掛けることにより、ケーブル121,122のうち一方は、全く振動しない状態で、他方のケーブルのみが振動したときにおいて、交差点131における振幅がゼロになるケースを含めることができる。 When "fun3" and "fun4" become zero, the above-mentioned "Number 58" no longer holds, so "Number 58" is multiplied by the product of "fun3" and "fun4" as follows. Note that "fun3" takes a value of zero when the amplitude of cable 121 becomes zero at intersection 131, and "fun4" takes a value of zero when the amplitude of cable 122 becomes zero at intersection 131. By multiplying "Number 58" by the product of "fun3" and "fun4", it is possible to include the case where the amplitude at intersection 131 becomes zero when one of cables 121, 122 does not vibrate at all while the other cable only vibrates.

Figure 0007680915000060
Figure 0007680915000060

「数60」の式を、i次モードの式として、以下のように表すことができる。なお、以下の式において、モード次数iは、上付文字として表されている。また、以下の式は、1次モードの「fun3」及び「fun4」の値で除することにより正規化されている。本実施形態では、以下の式を算定基準式として用いる。 The formula "60" can be expressed as the formula for the i-th mode as follows. In the formula below, the mode number i is expressed as a superscript. The formula below is normalized by dividing by the values of "fun3" and "fun4" of the first mode. In this embodiment, the formula below is used as the calculation standard formula.

Figure 0007680915000061
Figure 0007680915000061

「数61」は、左辺の関数がゼロに等しくなる式として示されている。「数61」は、上述の如く、交差部131における力の釣り合いの状態を表す「数8」に基づいて設定されており、「数61」が成立するとき、交差部131において力が釣り合った状態になっている。 "Number 61" is shown as an equation in which the function on the left side is equal to zero. As described above, "Number 61" is set based on "Number 8" which represents the state of balance of forces at intersection 131, and when "Number 61" is true, the forces are balanced at intersection 131.

「数61」の左辺の関数は、以下の定数及び変数を含んでおり(「数4」、「数5」、「数45」~「数57」及び「数59」を参照)、「数61」の算定基準式は、以下の定数及び変数の間の関係を表している。なお、「数61」の左辺の関数は、モード次数iを変数として含んでいない。
・ケーブルkの全長:L
・交差部131の位置(すなわち、ケーブルkのスパンの長さ):Lk1,Lk2
・ケーブルkの密度:ρ
・ケーブルkの断面積:A
・ケーブルkの固有振動数の実測値:f
・ケーブルkの張力:T
・ケーブルkの曲げ剛性:E
・回転ばね剛性:K
The function on the left side of "Equation 61" includes the following constants and variables (see "Equation 4", "Equation 5", "Equation 45" to "Equation 57" and "Equation 59"), and the calculation standard formula of "Equation 61" expresses the relationship between the following constants and variables. Note that the function on the left side of "Equation 61" does not include the mode order i as a variable.
Total length of cable k: L k
Position of intersection 131 (i.e., length of span of cable k): L k1 , L k2
Density of cable k: ρ k
Cross-sectional area of cable k: A k
Measured value of the natural frequency of cable k: f k i
Tension of cable k: T k
Bending rigidity of cable k: E k I k
Rotational spring stiffness: K

(張力T等を算出するための演算式)
「数61」の算定基準式の左辺の関数は、張力T等を算出するための演算式G として用いられる。
(Equation for calculating tension Tk etc.)
The function on the left side of the calculation standard equation of "Equation 61" is used as an arithmetic expression G 1 i for calculating the tension T k and the like.

Figure 0007680915000062
Figure 0007680915000062

「数62」の演算式G の定数及び変数に数値を代入することにより、演算式G の演算値が算出される。演算式G から算出された演算値が「数61」の算定基準式の値(すなわち、ゼロ)に近ければ近いほど、演算式G に代入された数値が、「数61」の算定基準式が成り立つときの真値に近いと考えられる。このため、演算式G から算出された演算値を「数61」の算定基準式の値(すなわち、ゼロ)と比較することにより、張力T等が算定され得る。この比較処理のために、以下に示すように、演算式G の平方和が設定される。 The calculated value of the arithmetic expression G 1 i is calculated by substituting numerical values into the constants and variables of the arithmetic expression G 1 i of "Equation 62". The closer the calculated value calculated from the arithmetic expression G 1 i is to the value of the calculation standard formula of "Equation 61" (i.e., zero), the closer the numerical value substituted into the arithmetic expression G 1 i is to the true value when the calculation standard formula of "Equation 61" is satisfied. Therefore, the tension T k and the like can be calculated by comparing the calculated value calculated from the arithmetic expression G 1 i with the value of the calculation standard formula of "Equation 61" (i.e., zero). For this comparison process, the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i is set as shown below.

Figure 0007680915000063
Figure 0007680915000063

演算式G の平方和がゼロに近ければ、複数の振動モードに亘って、演算式G に代入された数値が、「数61」の算定基準式が成り立つときの真値に近いことが分かる。演算式G の平方和を利用して張力T等を算出するための具体的な方法を、図4を参照して以下に説明する。 If the sum of squares of the calculation formula G 1 i is close to zero, it can be seen that the numerical value substituted into the calculation formula G 1 i across a plurality of vibration modes is close to the true value when the calculation standard formula of "Equation 61" holds. A specific method for calculating the tension T k etc. using the sum of squares of the calculation formula G 1 i will be described below with reference to FIG.

(張力T等の算定方法)
ケーブルkに関する以下の構造データが取得される(ステップS105)。以下の構造データは、演算式G の平方和(数63)に固定値として代入される。
・ケーブルkの全長:L
・交差部131の位置(すなわち、ケーブルkのスパンの長さ):Lk1,Lk2
・ケーブルkの密度:ρ
・ケーブルkの断面積:A
(Calculation method of tension Tk, etc.)
The following structural data regarding cable k is acquired (step S105): The following structural data is substituted as fixed values into the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63).
Total length of cable k: L k
Position of intersection 131 (i.e., length of span of cable k): L k1 , L k2
Density of cable k: ρ k
Cross-sectional area of cable k: A k

構造データの取得の後、図1に示すように、ケーブル121,122に加速度センサ141,143が取り付けられ、加速度センサ141,143にデータ収集装置160が接続される。その後、複数の振動モードについて、ケーブル121,122の固有振動数の実測値f を取得するための実測工程(図4のステップS110~ステップS120)が行われる。 After acquiring the structural data, as shown in Fig. 1, acceleration sensors 141, 143 are attached to the cables 121, 122, and a data collecting device 160 is connected to the acceleration sensors 141, 143. Then, a measurement process (steps S110 to S120 in Fig. 4) is performed to acquire actual measured values fk i of the natural frequencies of the cables 121, 122 for a plurality of vibration modes.

実測工程では、ケーブル121,122が面外方向に加振される(ステップS110)。ケーブル121,122に生じた振動の加速度は、加速度センサ141,143によって測定される。測定された振動の加速度は、データ収集装置160に時刻歴応答値として記録される(ステップS115)。データ収集装置160は、時刻歴応答値に対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換後のデータのピーク値から固有振動数の実測値f が取得される(ステップS120)。 In the actual measurement process, the cables 121 and 122 are vibrated in the out-of-plane direction (step S110). The acceleration of the vibration generated in the cables 121 and 122 is measured by the acceleration sensors 141 and 143. The measured acceleration of the vibration is recorded as a time history response value in the data collection device 160 (step S115). The data collection device 160 performs a Fourier transform on the time history response value, and the actual measured value of the natural frequency fk i is obtained from the peak value of the data after the Fourier transform (step S120).

上述のフーリエ変換の結果、たとえば、図5に示すようなデータが得られる。振動強度のピークが現れた周波数が、固有振動数の実測値f ~f として取得される。演算式G は、モード次数iの変数を含んでいないので、演算式G への代入処理(後述される)のために、固有振動数の実測値f ~f をモード次数iと対応付けて取得する必要はない。したがって、たとえば、図5に示すように、ピークが現れる周波数を小さな方から順に固有振動数の実測値f ~f として取得してもよい。 As a result of the above-mentioned Fourier transform, data such as that shown in Fig. 5 is obtained. The frequencies at which the vibration intensity peaks appear are acquired as the measured values of the natural frequencies fk1 to fk6 . Since the arithmetic expression G1i does not include a variable for the mode order i , it is not necessary to acquire the measured values of the natural frequencies fk1 to fk6 in association with the mode order i for the purpose of the substitution process ( described later) into the arithmetic expression G1i. Therefore, for example, as shown in Fig. 5, the frequencies at which the peaks appear may be acquired as the measured values of the natural frequencies fk1 to fk6 in ascending order.

ステップS105において取得された構造データ及びステップS120において取得された固有振動数の実測値f ~f のデータは、演算式G の平方和(数63)に代入される(算定工程)。この結果、演算式G の平方和(数63)は、ケーブルkの張力T、ケーブルkの曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kを変数として含む関数として取り扱い可能になる。演算式G の平方和(数63)への構造データ及び固有振動数の実測値f ~f のデータの代入の後、ケーブルkの張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの最適解を求めるための探索処理(算定工程)が行われる(ステップS125)。 The structural data acquired in step S105 and the data of the measured values of the natural frequencies f k 1 to f k 6 acquired in step S120 are substituted into the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) (calculation step). As a result, the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) can be handled as a function including the tension T k of the cable k, the bending stiffness E k I k of the cable k, and the rotational spring stiffness K k as variables. After the structural data and the data of the measured values of the natural frequencies f k 1 to f k 6 are substituted into the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63), a search process (calculation step) is performed to find the optimal solution for the tension T k of the cable k, the bending stiffness E k I k , and the rotational spring stiffness K k (step S125).

張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの最適解を得るための探索処理が、図6を参照して説明される。図6は、演算式G の平方和(数63)の概念的なグラフである。本実施形態において、ケーブルkの張力T、ケーブルkの曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの最適解は、MultiStart法に基づき算出される。 The search process for obtaining the optimal solution of the tension T k , bending stiffness E k I k and rotational spring stiffness K k will be described with reference to Fig. 6. Fig. 6 is a conceptual graph of the sum of squares of the calculation formula G 1 i (Equation 63). In this embodiment, the optimal solution of the tension T k of cable k, bending stiffness E k I k of cable k and rotational spring stiffness K k is calculated based on the MultiStart method.

図6の横軸は、張力T、曲げ剛性E又は回転ばね剛性Kを表している。図6のグラフは、二次元座標として描かれているが、探索処理における演算は、4次元座標(演算式G の平方和、張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの4つの軸)上で行われる。 The horizontal axis in Fig. 6 represents tension Tk , bending stiffness EkIk , or rotational spring stiffness Kk . Although the graph in Fig. 6 is drawn in two - dimensional coordinates, the calculation in the search process is performed on four-dimensional coordinates (four axes: the sum of squares of the calculation formula G1i , tension Tk , bending stiffness EkIk , and rotational spring stiffness Kk ).

張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kについて、N通りの初期値が設定される。図6には、1~6通り目の初期値が表されている。設定された初期値が、演算式G の平方和(数63)に代入される。演算式G の平方和(数63)に代入される張力Tの値は、ケーブルkに作用していると推定される張力の候補値である。演算式G の平方和(数63)に代入される曲げ剛性Eの値は、ケーブルkの曲げ剛性の候補値である。演算式G の平方和(数63)に代入される回転ばね剛性Kの値は、ケーブルkの両端に挿入された回転ばねの回転ばね剛性の候補値である。これらの候補値(すなわち、代入値)は、以下の説明において、「張力候補値」、「曲げ剛性候補値」及び「ばね剛性候補値」と称される。 N initial values are set for the tension T k , bending stiffness E k I k and rotational spring stiffness K k . FIG. 6 shows the first to sixth initial values. The set initial values are substituted into the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63). The value of the tension T k substituted into the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) is a candidate value for the tension estimated to be acting on the cable k. The value of the bending stiffness E k I k substituted into the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) is a candidate value for the bending stiffness of the cable k. The value of the rotational spring stiffness K k substituted into the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) is a candidate value for the rotational spring stiffness of the rotational springs inserted at both ends of the cable k. These candidate values (i.e., substituted values) are referred to as "tension candidate value", "bending stiffness candidate value" and "spring stiffness candidate value" in the following description.

初期値が入力され、演算式G の平方和(数63)の演算値が得られると、張力候補値、曲げ剛性候補値及びばね剛性候補値のうち少なくとも1つが変更され、これらの新たな組み合わせに基づいて、演算式G の平方和(数63)の演算値が算出される。新たな組み合わせから得られた演算式G の平方和(数63)の値が、前回の組み合わせから得られた演算式G の平方和(数63)の値を下回っているか否かが判定される。演算式G の平方和(数63)の演算値の減少の程度に基づいて、張力候補値、曲げ剛性候補値及びばね剛性候補値の組み合わせを新たに設定することを繰り返し、演算式G の平方和(数63)の極小値が探索される。 When an initial value is input and the calculated value of the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) is obtained, at least one of the tension candidate value, bending stiffness candidate value, and spring stiffness candidate value is changed, and the calculated value of the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) is calculated based on the new combination. It is determined whether or not the value of the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) obtained from the new combination is lower than the value of the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) obtained from the previous combination. Based on the degree of decrease in the calculated value of the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63), a new combination of the tension candidate value, bending stiffness candidate value, and spring stiffness candidate value is repeatedly set, and the minimum value of the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i (Equation 63) is searched for.

演算式G の平方和(数63)の4つの極小値(以下の説明において、「第1極小値」、「第2極小値」、「第3極小値」及び「第4極小値」と称される)が、図6に示されている。図6のグラフに関して、1通り目の初期値及び2通り目の初期値から探索が開始されると、第1極小値を得ることができる。3通り目の初期値から探索が開始されると、第2極小値を得ることができる。4通り目の初期値及び5通り目の初期値から探索が開始されると、第3極小値を得ることができる。6通り目の初期値から探索が開始されると、第4極小値を得ることができる。 Four minimum values (hereinafter referred to as the "first minimum value", "second minimum value", "third minimum value" and "fourth minimum value") of the sum of squares (Equation 63) of the arithmetic expression G 1 i are shown in Fig. 6. With respect to the graph in Fig. 6, when the search is started from the first and second initial values, the first minimum value can be obtained. When the search is started from the third initial value, the second minimum value can be obtained. When the search is started from the fourth and fifth initial values, the third minimum value can be obtained. When the search is started from the sixth initial value, the fourth minimum value can be obtained.

上述の探索処理によって得られた複数の極小値の中から最も小さなものが見出される。最も小さな極小値が得られたときの張力候補値、曲げ剛性候補値及びばね剛性候補値が、張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの算定値として決定される。図6のグラフに関して、第3極小値が最も小さいので、第3極小値の算出に用いられた張力候補値、曲げ剛性候補値及びばね剛性候補値の組が張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの算定値として決定される。 The smallest one is found from among the multiple minimum values obtained by the above-mentioned search process. The tension candidate value, bending stiffness candidate value, and spring stiffness candidate value when the smallest minimum value is obtained are determined as the calculated values of tension Tk , bending stiffness EkIk , and rotational spring stiffness Kk . With respect to the graph in Figure 6, since the third minimum value is the smallest, the set of tension candidate value, bending stiffness candidate value, and spring stiffness candidate value used in calculating the third minimum value is determined as the calculated values of tension Tk , bending stiffness EkIk , and rotational spring stiffness Kk .

図5に示すフーリエ変換後のデータ中のピークが、ノイズに紛れて見落とされることが想定される。たとえば、図7に示すように、固有振動数の実測値f に対応するピークが見落とされた場合、図5において固有振動数の実測値f ,f として取得された固有振動数は、固有振動数の実測値f ,f として取得され得る。この場合において、演算式G は、モード次数iを含んでいないので、ステップS120において取得された固有振動数の実測値をモード次数iと対応付けて代入する必要はない。したがって、固有振動数の実測値f に対応するピークが見落とされたとしても、モード次数iと固有振動数の実測値f との対応付けの誤りに起因する誤演算は生じない。このため、張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kは、精度よく算定され得る。 It is assumed that the peak in the data after Fourier transform shown in FIG. 5 is overlooked due to noise. For example, as shown in FIG. 7, if the peak corresponding to the measured value f k 4 of the natural frequency is overlooked, the natural frequency acquired as the measured values f k 5 and f k 6 of the natural frequency in FIG. 5 can be acquired as the measured values f k 4 and f k 5 of the natural frequency. In this case, since the calculation formula G 1 i does not include the mode order i, it is not necessary to assign the measured value of the natural frequency acquired in step S120 to the mode order i. Therefore, even if the peak corresponding to the measured value f k 4 of the natural frequency is overlooked, no erroneous calculation occurs due to an error in the correspondence between the mode order i and the measured value f k i of the natural frequency. Therefore, the tension T k , the bending stiffness E k I k and the rotational spring stiffness K k can be calculated with high accuracy.

演算式G は、図2に示すモデルに基づいており、図2に示すモデルでは、ケーブルkの両端に回転ばねが挿入されている。回転ばねの特性は、回転ばね剛性Kで表されている。回転ばね剛性Kが大きければ、ケーブルkの両端は、固定端に近い状態になっており、逆に、回転ばね剛性Kが小さければ、ケーブルkの両端は、自由端に近い状態になっている。回転ばね剛性Kは、探索処理(図4のステップS125,図6)において、張力T及び曲げ剛性Eとともに変数として取り扱われる。このような探索処理が行われれば、ケーブルkの両端の状態を考慮しながら、張力T等が算定され得る。このため、張力T等の算定値の精度が高くなる。 The calculation formula G 1 i is based on the model shown in FIG. 2, in which a rotational spring is inserted at both ends of the cable k. The characteristics of the rotational spring are represented by the rotational spring stiffness K k . If the rotational spring stiffness K k is large, both ends of the cable k are close to the fixed ends, and conversely, if the rotational spring stiffness K k is small, both ends of the cable k are close to the free ends. The rotational spring stiffness K k is treated as a variable together with the tension T k and the bending stiffness E k I k in the search process (step S125 in FIG. 4, FIG. 6). If such a search process is performed, the tension T k , etc. can be calculated while taking into account the state of both ends of the cable k. This increases the accuracy of the calculated value of the tension T k , etc.

図4に示す処理では、探索処理(ステップS125)において得られた最小値が得られたときの張力候補値、曲げ剛性候補値及びばね剛性候補値の組が張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの算定値として決定される。この処理に加えて、張力T等の算定精度を保証するための処理が行われてもよい。たとえば、図8に示すように、ステップS125の探索処理により得られた演算式G の平方和の最小値が所定の閾値と比較されてもよい(ステップS130)。演算式G の平方和の最小値が閾値未満であれば(ステップS130:Yes)、このときの張力候補値、曲げ剛性候補値及びばね剛性候補値の組が張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの算定値として決定される。演算式G の平方和の最小値が閾値以上であれば(ステップS130:No)、図6に示す初期値を変更することにより探索範囲を変えて(ステップS135)、探索処理(ステップS125)が再度行われてもよい。演算式G の平方和の最小値が閾値未満になるまで、探索範囲の変更(ステップS135)及び探索処理(ステップS125)が繰り返されることにより、「数61」の算定基準式を成立させる真値に近い張力T等が算定される。 In the process shown in Fig. 4, a set of tension candidate value, bending stiffness candidate value, and spring stiffness candidate value when the minimum value obtained in the search process (step S125) is obtained is determined as the calculated values of tension Tk , bending stiffness EkIk , and rotational spring stiffness Kk . In addition to this process, a process for ensuring the calculation accuracy of tension Tk, etc. may be performed. For example, as shown in Fig. 8, the minimum value of the sum of squares of the arithmetic expression G1i obtained by the search process in step S125 may be compared with a predetermined threshold value (step S130). If the minimum value of the sum of squares of the arithmetic expression G1i is less than the threshold value (step S130: Yes), the set of tension candidate value, bending stiffness candidate value, and spring stiffness candidate value at this time is determined as the calculated values of tension Tk , bending stiffness EkIk , and rotational spring stiffness Kk . If the minimum value of the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i is equal to or greater than the threshold value (step S130: No), the search range may be changed by changing the initial value shown in Fig. 6 (step S135), and the search process (step S125) may be performed again. By repeating the change of the search range (step S135) and the search process (step S125) until the minimum value of the sum of squares of the arithmetic expression G 1 i becomes less than the threshold value, the tension T k etc. close to the true value that satisfies the calculation standard equation of "Equation 61" is calculated.

図8に示す処理において、高い算定精度を得ようとすれば、小さな閾値を設定すればよい。逆に、高い算定精度が必要でなければ、大きな閾値を設定すればよい。 In the process shown in FIG. 8, if you want to obtain high calculation accuracy, you can set a small threshold value. Conversely, if you do not need high calculation accuracy, you can set a large threshold value.

<第2実施形態>
張力T等の算定に利用される算定基準式は、各振動モードにおけるケーブルkの振動形状に基づいて設定されてもよい。各振動モードにおけるケーブルkの振動形状を測定するために、たとえば、図9に示すように、ケーブル121のスパン171に2つの加速度センサ141,142が取り付けられてもよい。この場合、データ収集装置160は、これらの加速度センサ141,142からデータ受信できるようにこれらの加速度センサ141,142に接続される。なお、以下の説明では、加速度センサ141の取付位置を、「x11=u11」で表し、加速度センサ142の取付位置を、「x11=u12」で表す。
Second Embodiment
A calculation standard equation used for calculating the tension T k etc. may be set based on the vibration shape of the cable k in each vibration mode. In order to measure the vibration shape of the cable k in each vibration mode, for example, as shown in Fig. 9, two acceleration sensors 141, 142 may be attached to a span 171 of the cable 121. In this case, the data collection device 160 is connected to these acceleration sensors 141, 142 so as to receive data from these acceleration sensors 141, 142. In the following description, the attachment position of the acceleration sensor 141 is represented by "x 11 =u 11 ", and the attachment position of the acceleration sensor 142 is represented by "x 11 =u 12 ".

ケーブル121の関する振動方程式(数3)の一般解は、以下のように表される。なお、以下の一般解は、上述の「数4」の「k」を「1」で表したものである。 The general solution of the vibration equation (Equation 3) for cable 121 is expressed as follows. Note that the general solution below is the same as the above Equation 4, except that "k" is expressed as "1".

Figure 0007680915000064
Figure 0007680915000064

また、上述の「数5」及び「数6」の境界条件の式は、ケーブル121について、以下のように書き換えられる。 Furthermore, the boundary condition equations of "Equation 5" and "Equation 6" above can be rewritten as follows for cable 121.

Figure 0007680915000065
Figure 0007680915000065

「数65」の境界条件に基づき、「数64」の一般解における積分定数C1d1~C1d4間の関係は、以下のように表される。 Based on the boundary conditions of "Equation 65", the relationship among the integral constants C 1d1 to C 1d4 in the general solution of "Equation 64" is expressed as follows.

Figure 0007680915000066
Figure 0007680915000066

本実施形態では、ケーブル121の振動形状を問題としているので、積分定数C1d1~C1d4の大きさは問題とならない。このため、上述の「数66」を簡素化するために、「C112=m12」とする。これにより、「数66」は、以下のように書き換えられる。 In this embodiment, since the vibration shape of the cable 121 is the issue, the magnitudes of the integral constants C 1d1 to C 1d4 do not matter. Therefore, in order to simplify the above-mentioned "Equation 66", "C 112 =m 12 " is set. As a result, "Equation 66" can be rewritten as follows.

Figure 0007680915000067
Figure 0007680915000067

「数67」に基づいて、「数64」は、以下のように書き換え可能である。 Based on "number 67", "number 64" can be rewritten as follows.

Figure 0007680915000068
Figure 0007680915000068

「数68」を、上述の「数45」に倣って、「r<1」である場合と、「r=1」である場合と、で場合分けをすると、「数68」は、以下のように書き換え可能である。フーリエ振幅でなく、フーリエ振幅比が実測値と理論値とで等しくなるという制約式を解くので、フーリエ振幅そのものでなく、フーリエ振幅比に意味がある。このため、「r=1」である場合に無限大となるP の項は、以下の「数69」における「r=1」であるときの式から落とされている。なお、「数68」中のX(x11),X(x11),X(x11)は、「数70」~「数72」で定義される。 If we divide "Equation 68" into the cases "r 1 <1" and "r 1 =1" following the above-mentioned "Equation 45", "Equation 68" can be rewritten as follows. Since we solve the constraint equation that the Fourier amplitude ratio, not the Fourier amplitude, is equal between the actual value and the theoretical value, not the Fourier amplitude itself but the Fourier amplitude ratio is meaningful. For this reason, the term P 1 2 , which becomes infinite when "r 1 =1", is dropped from the equation when "r 1 =1" in the following "Equation 69". Note that X 0 (x 11 ), X 1 (x 11 ), and X 2 (x 11 ) in "Equation 68" are defined in "Equation 70" to "Equation 72".

Figure 0007680915000069
Figure 0007680915000069

Figure 0007680915000070
Figure 0007680915000070

Figure 0007680915000071
Figure 0007680915000071

Figure 0007680915000072
Figure 0007680915000072

「数69」の「W11(x11)」は、加速度センサ141,142から得られるデータに対してフーリエ変換処理を施与することによって得られるフーリエ振幅に相当する。データを取り扱い易くするため、フーリエ振幅の絶対値、すなわち、「W11(x11)」の絶対値を、以下の説明では、φ とおく。加速度センサ141,142の取付位置におけるフーリエ振幅の絶対値の理論式を以下に示す。 "W 11 (x 11 )" in "Equation 69" corresponds to the Fourier amplitude obtained by applying a Fourier transform process to the data obtained from the acceleration sensors 141, 142. To make the data easier to handle, the absolute value of the Fourier amplitude, i.e., the absolute value of "W 11 (x 11 )", is set to φ i t in the following explanation. The theoretical formula for the absolute value of the Fourier amplitude at the mounting positions of the acceleration sensors 141, 142 is shown below.

Figure 0007680915000073
Figure 0007680915000073

「数73」の理論式は、張力T、曲げ剛性E、回転ばね剛性K及び複数モードの固有振動数f の関数である(「数4」、「数5」、「数68」及び「数69」を参照)。 The theoretical formula of "Equation 73" is a function of tension Tk , bending stiffness EkIk , rotational spring stiffness Kk and natural frequencies fki of multiple modes (see Equations 4, 5, 68 and 69).

「数73」の理論式から得られる理論値の絶対値の比と、加速度センサ141,142から得られるデータに対してフーリエ変換処理を施与することによって得られるフーリエ振幅の実測値の絶対値の比(すなわち、フーリエ振幅比)と、の差がゼロの値に等しくなるという制約式を以下に示す。なお、以下の制約式では、フーリエ振幅の絶対値の比が1以下になるように場合分けをしている。 The constraint equation below specifies that the difference between the ratio of the absolute values of the theoretical values obtained from the theoretical formula of "Equation 73" and the ratio of the absolute values of the measured values of the Fourier amplitudes obtained by performing a Fourier transform process on the data obtained from the acceleration sensors 141 and 142 (i.e., the Fourier amplitude ratio) is equal to zero. Note that the constraint equation below distinguishes between cases in which the ratio of the absolute values of the Fourier amplitudes is 1 or less.

Figure 0007680915000074
Figure 0007680915000074

交差部131における撓みがゼロになった場合を考慮して、「数60」及び「数61」と同様の演算処理を行うと、「数74」は、以下のように書き換え可能である。 By carrying out the same calculations as in "Equation 60" and "Equation 61" taking into account the case where the deflection at the intersection 131 becomes zero, "Equation 74" can be rewritten as follows.

Figure 0007680915000075
Figure 0007680915000075

スパン171において、j個(j≧2)の加速度センサが取り付けられたときを想定すると、これらの加速度センサの取付位置を「u1j」で表し、「数75」を以下のように書き換えて、算定基準式として用いることができる。 Assuming that j acceleration sensors (j≧2) are attached to span 171, the attachment positions of these acceleration sensors can be represented as “u 1j ”, and “Equation 75” can be rewritten as follows and used as the calculation standard equation.

Figure 0007680915000076
Figure 0007680915000076

「数76」は、左辺の関数がゼロに等しくなる式として示されている。「数76」の左辺の関数は、以下の定数及び変数を含んでいる。なお、「数76」の左辺の関数は、モード次数iを変数として含んでいない。
・ケーブル121の全長:L
・交差部131の位置(すなわち、ケーブル121のスパン171,172の長さ):L11,L12
・ケーブル121の密度:ρ
・ケーブル121の断面積:A
・ケーブル121の固有振動数の実測値:f
・ケーブル121の張力:T
・ケーブル121の曲げ剛性:E
・回転ばね剛性:K
"Equation 76" is shown as an equation where the function on the left side is equal to zero. The function on the left side of "Equation 76" includes the following constants and variables: Note that the function on the left side of "Equation 76" does not include the mode number i as a variable.
Total length of cable 121: L1
Position of intersection 131 (i.e., lengths of spans 171, 172 of cable 121): L 11 , L 12
Density of cable 121: ρ 1
Cross-sectional area of cable 121: A 1
Actual measured value of the natural frequency of the cable 121: f 1 i
Tension of cable 121: T1
Bending rigidity of cable 121: E 1 I 1
Rotational spring stiffness: K1

(張力T等を算出するための演算式)
「数76」の算定基準式の左辺の関数は、張力T等を算出するための演算式G ijとして用いられる。
(Equation for calculating tension T1 etc. )
The function on the left side of the calculation standard equation of "Equation 76" is used as an arithmetic expression G 2 ij for calculating the tension T 1 and the like.

Figure 0007680915000077
Figure 0007680915000077

「数77」の演算式G ijの定数及び変数に数値を代入することにより、演算式G ijの値が算出される。演算式G ijから算出された値が「数76」の算定基準式の値(すなわち、ゼロ)に近ければ近いほど、演算式G ijに代入された数値が、「数76」の算定基準式が成り立つときの真値に近いと考えられる。このため、演算式G ijから算出された値を「数76」の算定基準式の値(すなわち、ゼロ)と比較することにより、張力T等が算定され得る。この比較処理のために、以下に示すように、演算式G ijの平方和が設定される。 The value of the arithmetic expression G 2 ij is calculated by substituting numerical values into the constants and variables of the arithmetic expression G 2 ij of "Equation 77". The closer the value calculated from the arithmetic expression G 2 ij is to the value of the calculation standard equation of "Equation 76" (i.e., zero), the closer the numerical value substituted into the arithmetic expression G 2 ij is to the true value when the calculation standard equation of "Equation 76" is satisfied. Therefore, the tension T 1 , etc. can be calculated by comparing the value calculated from the arithmetic expression G 2 ij with the value of the calculation standard equation of "Equation 76" (i.e., zero). For this comparison process, the sum of squares of the arithmetic expression G 2 ij is set as shown below.

Figure 0007680915000078
Figure 0007680915000078

演算式G ijの平方和がゼロに近ければ、複数の振動モードに亘って、演算式G ijに代入された数値が、「数75」の算定基準式が成り立つときの真値に近いことが分かる。演算式G ijの平方和を利用して張力T等を算出するための具体的な方法を、図10を参照して以下に説明する。 If the sum of squares of the calculation formula G 2 ij is close to zero, it can be seen that the numerical value substituted into the calculation formula G 2 ij is close to the true value when the calculation standard formula of "Equation 75" holds across a plurality of vibration modes. A specific method for calculating the tension T1 etc. using the sum of squares of the calculation formula G 2 ij will be described below with reference to FIG. 10.

(張力T等の算定方法)
まず、ケーブル121に関する以下の構造データが取得される(ステップS106)。以下の構造データは、演算式G ijの平方和(数77)に固定値として代入される。
・ケーブル121の全長:L
・交差部131の位置(すなわち、ケーブル121のスパン171,172の長さ):L11,L12
・ケーブル121の密度:ρ
・ケーブル121の断面積:A
(Calculation method for tension T1 , etc.)
First, the following structural data regarding the cable 121 is acquired (step S106): The following structural data is substituted as fixed values into the sum of squares of the arithmetic expression G 2 ij (Equation 77).
Total length of cable 121: L1
Position of intersection 131 (i.e., lengths of spans 171, 172 of cable 121): L 11 , L 12
Density of cable 121: ρ 1
Cross-sectional area of cable 121: A 1

構造データの取得の後、図9に示すように、ケーブル121に加速度センサ141,142等が取り付けられ、加速度センサ141,142等にデータ収集装置160が接続される。その後、複数の振動モードについて、ケーブル121,122等の固有振動数の実測値f を取得するための実測工程(図9のステップS111~ステップS121)が行われる。 After acquiring the structural data, as shown in Fig. 9, acceleration sensors 141, 142, etc. are attached to cable 121, and data collection device 160 is connected to acceleration sensors 141, 142, etc. Then, a measurement process (steps S111 to S121 in Fig. 9) is performed to acquire actual measured values f 1 i of natural frequencies of cables 121, 122, etc. for a plurality of vibration modes.

実測工程では、第1実施形態の張力T等の算定方法と同様に、ケーブル121,122が面外方向に加振され(ステップS111)、ケーブル121に生じた振動の加速度は、加速度センサ141,142等によって測定される。測定された振動の加速度は、データ収集装置160に時刻歴応答値として記録される(ステップS116)。データ収集装置160は、時刻歴応答値に対してフーリエ変換を行い、フーリエ変換後のデータのピーク値から固有振動数の実測値f 及びフーリエ振幅の実測値φ (u1j)が取得される(ステップS121)。 In the actual measurement step, similarly to the calculation method of tension Tk etc. in the first embodiment, the cables 121, 122 are vibrated in the out-of-plane direction (step S111), and the acceleration of the vibration generated in the cable 121 is measured by the acceleration sensors 141, 142 etc. The measured acceleration of the vibration is recorded as a time history response value in the data collection device 160 (step S116). The data collection device 160 performs a Fourier transform on the time history response value, and the actual measured value of the natural frequency f 1 i and the actual measured value of the Fourier amplitude φ i m (u 1j ) are obtained from the peak value of the data after the Fourier transform (step S121).

上述のフーリエ変換の結果、たとえば、図11に示すようなデータが得られる。図11の(a)は、加速度センサ141から得られた時刻歴応答値に対するフーリエ変換後のデータである(x11=u11)。図11の(b)は、「x11=u1j」となる取付位置に取り付けられた加速度センサ142等から得られた時刻歴応答値に対するフーリエ変換後のデータである。 As a result of the above-mentioned Fourier transform, for example, data as shown in Fig. 11 is obtained. Fig. 11(a) shows data after Fourier transform of the time history response value obtained from acceleration sensor 141 ( x11 = u11 ). Fig. 11(b) shows data after Fourier transform of the time history response value obtained from acceleration sensor 142 etc. attached at the attachment position where " x11 = u1j ".

図11のデータでは、フーリエ振幅の実測値φ (u1j)は、フーリエ振幅の実測値φ (u11)よりも小さくなっている。したがって、フーリエ振幅φ (u1j)を分母とし、フーリエ振幅φ (u11)を分子として、各モード次数iについて、フーリエ振幅の実測値の比が演算される。 In the data in Fig. 11, the measured Fourier amplitude φim ( u1j ) is smaller than the measured Fourier amplitude φim ( u11 ). Therefore, the ratio of the measured Fourier amplitudes is calculated for each mode order i by using the Fourier amplitude φim ( u1j ) as the denominator and the Fourier amplitude φim ( u11 ) as the numerator.

ステップS106において取得された構造データ並びにステップS121において取得された固有振動数の実測値f 及びフーリエ振幅の実測値の比(=φ (u11)/φ (u1j))のデータは、演算式G ijの平方和(数77)に代入される。この結果、演算式G ijの平方和(数77)は、ケーブル121の張力T、ケーブル121の曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kを変数として含む関数として取り扱い可能になる。演算式G ijの平方和(数77)への構造データ、固有振動数の実測値f 及びフーリエ振幅の実測値の比のデータの入力の後、ケーブル121の張力T等の最適解を求めるための探索処理が行われる(ステップS126)。この探索処理は、第1実施形態と同様に、MultiStart法に基づき実行される(図6を参照)。すなわち、探索処理では、張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの候補値を変えながら、演算式G ijの平方和が算出される。当該平方和が探索範囲において最小となる張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの候補値が、張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kとして決定される。 The structural data acquired in step S106 and the data of the ratio of the measured value of the natural frequency f 1 i and the measured value of the Fourier amplitude (=φ i m (u 11 )/φ i m (u 1j )) acquired in step S121 are substituted into the sum of squares of the arithmetic expression G 2 ij (Equation 77). As a result, the sum of squares of the arithmetic expression G 2 ij (Equation 77) can be treated as a function including the tension T 1 of the cable 121, the bending rigidity E 1 I 1 of the cable 121, and the rotational spring rigidity K 1 as variables. After the structural data, the data of the ratio of the measured value of the natural frequency f 1 i and the measured value of the Fourier amplitude are input into the sum of squares of the arithmetic expression G 2 ij (Equation 77), a search process is performed to find an optimal solution for the tension T 1 of the cable 121, etc. (step S126). This search process is executed based on the MultiStart method as in the first embodiment (see FIG. 6). That is, in the search process, the sum of squares of the calculation formula G2ij is calculated while changing the candidate values of the tension T1 , bending stiffness E1I1 , and rotational spring stiffness K1 . The candidate values of the tension T1 , bending stiffness E1I1 , and rotational spring stiffness K1 that minimize the sum of squares within the search range are determined as the tension T1 , bending stiffness E1I1 , and rotational spring stiffness K1 .

第1実施形態と同様に、演算式G ijは、モード次数iを含んでいないので、ステップS121において取得された固有振動数の実測値をモード次数iと対応付けて代入する必要はない。したがって、モード次数iと固有振動数の実測値f との対応付けの誤りに起因する誤演算は生じない。このため、張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kは、精度よく算定され得る。 As in the first embodiment, the calculation formula G2ij does not include the mode order i, so there is no need to assign the measured value of the natural frequency acquired in step S121 to the mode order i. Therefore, no calculation error occurs due to an incorrect association between the mode order i and the measured value of the natural frequency f1i . Therefore, the tension T1 , bending stiffness E1I1 , and rotational spring stiffness K1 can be calculated with high accuracy.

演算式G ijでも、回転ばね剛性Kは、探索処理(ステップS126)において変数として取り扱われる。したがって、張力T及び曲げ剛性Eは、ケーブル121の両端の支持状態が固定端に近い状態から自由端に近い状態までを考慮して算定される。このため、張力T等の算定値の精度が高くなる。 In the calculation formula G2ij , the rotational spring stiffness K1 is also treated as a variable in the search process (step S126). Therefore, the tension T1 and the bending stiffness E1I1 are calculated taking into consideration the support state of both ends of the cable 121 from a state close to the fixed end to a state close to the free end. This increases the accuracy of the calculated values of the tension T1, etc.

図9において、加速度センサ141,142は、ケーブル121のスパン171(左側のスパン)に取り付けられている。代替的に、加速度センサ141,142は、ケーブル121のスパン172(右側のスパン)に取り付けられてもよい。加速度センサ141,142が、ケーブル121のスパン171,172のいずれかに取り付けられれば、ケーブル121の張力T等を算定可能である。 9, the acceleration sensors 141 and 142 are attached to span 171 (the left span) of the cable 121. Alternatively, the acceleration sensors 141 and 142 may be attached to span 172 (the right span) of the cable 121. If the acceleration sensors 141 and 142 are attached to either span 171 or 172 of the cable 121, the tension T1, etc. of the cable 121 can be calculated.

ケーブル122の張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kを算定するためには、複数の加速度センサが、ケーブル122のスパン173又はスパン174に取り付けられればよい。この場合は、ケーブル122に取り付けられた複数の加速度センサから得られた時刻歴応答値のデータに基づき、ケーブル122の張力T等を算定することが可能になる。 In order to calculate the tension T2 , bending stiffness E2I2 , and rotational spring stiffness K2 of cable 122, multiple acceleration sensors may be attached to span 173 or span 174 of cable 122. In this case, it becomes possible to calculate the tension T2, etc. of cable 122 based on data of time history response values obtained from the multiple acceleration sensors attached to cable 122.

第2実施形態の算定方法においても、算定精度を保証するための追加的な処理(図8のステップS130及びステップS135と同様の処理)が実行されてもよい。すなわち、演算式G ijの平方和の最小値に対して、閾値を設定し、演算式G ijの平方和の最小値と閾値との比較に基づき、探索処理を継続するか否かを決定してもよい。 In the calculation method of the second embodiment, additional processing (similar to steps S130 and S135 in FIG. 8) may be performed to ensure calculation accuracy. That is, a threshold may be set for the minimum value of the sum of squares of the arithmetic expression G 2 ij , and whether or not to continue the search process may be determined based on a comparison between the minimum value of the sum of squares of the arithmetic expression G 2 ij and the threshold.

第1実施形態及び第2実施形態の算定方法を組み合わせて、張力T等が算定されてもよい。この場合、探索処理において、以下の平方和の式から得られる演算値が最小となる張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kの候補値が、張力T、曲げ剛性E及び回転ばね剛性Kとして決定される。 The tension Tk and the like may be calculated by combining the calculation methods of the first and second embodiments. In this case, in the search process, the candidate values of the tension Tk , bending stiffness EkIk , and rotational spring stiffness Kk that minimize the calculated value obtained from the following sum-of-squares formula are determined as the tension Tk , bending stiffness EkIk , and rotational spring stiffness Kk .

Figure 0007680915000079
Figure 0007680915000079

上述の実施形態に関して、線状体として、ケーブル121,122が用いられている。代替的に、線状体として、鋼棒や他の線状部材が用いられてもよい。 In the above-described embodiment, cables 121 and 122 are used as the linear body. Alternatively, a steel rod or other linear member may be used as the linear body.

上述の実施形態に関連して説明された技術は、一次元梁としてモデル化可能な様々な線状体に作用している張力及び剛性の調査に好適に利用される。 The techniques described in relation to the above embodiments are well suited for investigating the tensions and stiffness acting on various linear bodies that can be modeled as one-dimensional beams.

121,122・・・・・・・・・・・・・・・・ケーブル(線状体)
130・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・把持装置
131・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・交差部
121, 122: Cable (linear body)
130: Grip device 131: Intersection

Claims (7)

互いに交差するように把持装置によって把持された2つの線状体それぞれの張力、曲げ剛性及び前記2つの線状体それぞれの両端における回転剛性を算定する方法であって、
前記2つの線状体の振動に基づいて前記2つの線状体それぞれについて複数モードの固有振動数の実測値を得る実測工程と、
前記2つの線状体の交差部が前記把持装置により把持されていることと、前記2つの線状体それぞれの両端が前記回転剛性を有していることと、を表す境界条件を用いて設定された算定基準式と、前記複数モードの前記固有振動数の前記実測値と、を用いて、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性を算定する算定工程と、を備え、
前記算定基準式は、前記張力、前記曲げ剛性、前記回転剛性及び前記複数モードの前記固有振動数の変数を含む関数が所定の値に等しくなる式として表されており、
前記算定工程では、
前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性それぞれについて設定された候補値と、前記複数モードの前記固有振動数の前記実測値と、を前記関数の対応する変数にそれぞれ代入して、前記関数の演算値を取得し、
前記取得された演算値と前記所定の値との比較に基づいて、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性を算定する、算定方法。
A method for calculating tension, bending rigidity, and rotational rigidity at both ends of two linear bodies held by a holding device so as to cross each other, comprising the steps of:
a measuring step of obtaining actual measured values of natural frequencies of multiple modes for each of the two linear bodies based on vibration of the two linear bodies;
a calculation step of calculating the tension, the bending stiffness, and the rotation stiffness using a calculation standard equation set using boundary conditions that represent that an intersection of the two linear bodies is gripped by the gripping device and that both ends of each of the two linear bodies have the rotation stiffness, and the actual measured values of the natural frequencies of the multiple modes,
the calculation standard formula is expressed as a formula in which a function including variables of the tension, the bending stiffness, the rotation stiffness, and the natural frequencies of the multiple modes is equal to a predetermined value,
In the calculation step,
Substituting the candidate values set for each of the tension, the bending stiffness, and the rotational stiffness, and the actual measured values of the natural frequencies of the multiple modes into corresponding variables of the function, respectively, to obtain a calculated value of the function;
A calculation method, comprising: calculating the tension, the bending stiffness, and the rotational stiffness based on a comparison between the acquired calculated value and the predetermined value.
前記算定基準式は、モード次数を含むことなく、前記複数モードの前記固有振動数、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性の間の関係を表している、請求項1に記載の算定方法。 The calculation method according to claim 1, wherein the calculation formula expresses the relationship between the natural frequencies, the tension, the bending stiffness, and the rotational stiffness of the multiple modes without including modal orders. 前記境界条件は、前記交差部における前記2つの線状体の変位方向及び変位量が等しいことを示す条件を含んでいる、請求項1又は2に記載の算定方法。 The calculation method according to claim 1 or 2, wherein the boundary conditions include a condition indicating that the displacement directions and displacement amounts of the two linear bodies at the intersection are equal. 前記算定基準式の前記関数は、前記2つの線状体のうち一方の線状体における前記交差部に作用する力と、他方の線状体における前記交差部に作用する力と、の和を、前記複数モードの固有振動数、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性の変数を用いて表しており、
前記算定基準式は、前記関数がゼロの値に等しくなる式として表されており、
前記算定工程では、
前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性の前記候補値と、前記複数モードの固有振動数の前記実測値と、を前記関数の対応する変数にそれぞれ代入して、前記演算値を取得し、
前記取得された演算値と前記ゼロの値との比較に基づいて、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性を算定する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の算定方法。
the function of the calculation standard equation expresses a sum of a force acting on the intersection of one of the two linear bodies and a force acting on the intersection of the other linear body, using variables of the natural frequencies of the multiple modes, the tension, the bending rigidity, and the rotational rigidity,
The calculation criterion formula is expressed as a formula for which the function is equal to a value of zero,
In the calculation step,
Substituting the candidate values of the tension, the bending stiffness, and the rotational stiffness, and the actual measured values of the natural frequencies of the multiple modes into corresponding variables of the functions, respectively, to obtain the calculated values;
The method according to claim 1 , further comprising the steps of: calculating the tension, the bending stiffness and the rotational stiffness based on a comparison between the obtained calculated value and a value of zero.
前記実測工程では、前記複数モードの前記固有振動数の前記実測値にそれぞれ対応する前記複数モードの前記固有振動数におけるフーリエ振幅を前記2つの線状体それぞれにおける互いに異なる2つの位置において測定するとともに、前記2つの位置について得られた前記フーリエ振幅の実測値の比であるフーリエ振幅比の実測値を取得し、
前記算定基準式の前記関数は、前記張力、前記曲げ剛性、前記回転剛性及び前記複数モードの前記固有振動数の関数として表されるフーリエ振幅比の理論式から得られる理論値と、前記フーリエ振幅比の前記実測値と、の差を表すように設定されており、
前記算定基準式は、前記フーリエ振幅比の前記理論値と前記フーリエ振幅比の前記実測値との前記差がゼロの値に等しくなるという関係を表すように設定されており、
前記算定工程では、
前記実測工程において取得された前記フーリエ振幅比の前記実測値を前記関数における前記フーリエ振幅比の前記実測値の項に代入するとともに、前記張力、前記曲げ剛性、前記回転剛性の候補値と、前記複数モードの前記固有振動数の前記実測値と、を前記理論式に代入することにより、前記フーリエ振幅比の前記実測値と、前記フーリエ振幅比の前記理論値と、の前記差を前記演算値として取得し、
前記差に係る前記演算値と前記ゼロの値との比較に基づいて、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性を算定する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の算定方法。
In the actual measurement step, Fourier amplitudes at the natural frequencies of the multiple modes corresponding to the actual measured values of the natural frequencies of the multiple modes are measured at two mutually different positions on each of the two linear bodies, and an actual measured value of a Fourier amplitude ratio, which is a ratio of the actual measured values of the Fourier amplitudes obtained at the two positions, is obtained;
the function of the calculation standard equation is set to represent a difference between a theoretical value obtained from a theoretical equation of a Fourier amplitude ratio expressed as a function of the tension, the bending rigidity, the rotational rigidity, and the natural frequencies of the multiple modes, and the actual measured value of the Fourier amplitude ratio;
The calculation standard formula is set to express a relationship in which the difference between the theoretical value of the Fourier amplitude ratio and the actual measured value of the Fourier amplitude ratio is equal to a value of zero,
In the calculation step,
the actual value of the Fourier amplitude ratio acquired in the actual measurement step is substituted into the term of the actual value of the Fourier amplitude ratio in the function, and the candidate values of the tension, the bending rigidity, and the rotational rigidity, and the actual values of the natural frequencies of the multiple modes are substituted into the theoretical formula, thereby obtaining the difference between the actual value of the Fourier amplitude ratio and the theoretical value of the Fourier amplitude ratio as the calculated value;
The method according to claim 1 , further comprising the step of calculating the tension, the bending stiffness and the rotational stiffness based on a comparison of the calculated value of the difference with the value of zero.
前記算定工程では、
前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性のうち少なくとも1つについて設定された他の候補値と、前記複数モードの固有振動数の前記実測値と、を前記関数に代入することにより他の演算値を取得することを繰り返して、複数の演算値を取得し、
前記複数の演算値の中で前記所定の値に最も近いものが得られた候補値を、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性の算定値として決定する、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の算定方法。
In the calculation step,
Repeating the process of substituting another candidate value set for at least one of the tension, the bending stiffness, and the rotational stiffness, and the actual measured values of the natural frequencies of the multiple modes into the function to obtain another calculated value, thereby obtaining a plurality of calculated values;
The calculation method according to claim 1 , wherein a candidate value that is closest to the predetermined value among the plurality of calculated values is determined as the calculated values of the tension, the bending stiffness, and the rotational stiffness.
前記算定工程では、
前記演算値と前記所定の値との差が所定の閾値未満になるまで、前記張力、前記曲げ剛性及び前記回転剛性のうち少なくとも1つについて設定された他の候補値と、前記複数モードの固有振動数の前記実測値と、を前記関数に代入する代入処理を繰り返す、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の算定方法。
In the calculation step,
6. The calculation method according to claim 1, further comprising repeating an assignment process of assigning another candidate value set for at least one of the tension, the bending stiffness, and the rotational stiffness, and the actual measured values of the natural frequencies of the multiple modes to the function, until a difference between the calculated value and the predetermined value becomes less than a predetermined threshold value.
JP2021145722A 2021-09-07 2021-09-07 Calculation method for tension, bending rigidity and rotational rigidity at both ends of a linear body Active JP7680915B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021145722A JP7680915B2 (en) 2021-09-07 2021-09-07 Calculation method for tension, bending rigidity and rotational rigidity at both ends of a linear body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021145722A JP7680915B2 (en) 2021-09-07 2021-09-07 Calculation method for tension, bending rigidity and rotational rigidity at both ends of a linear body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023038814A JP2023038814A (en) 2023-03-17
JP7680915B2 true JP7680915B2 (en) 2025-05-21

Family

ID=85514761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021145722A Active JP7680915B2 (en) 2021-09-07 2021-09-07 Calculation method for tension, bending rigidity and rotational rigidity at both ends of a linear body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7680915B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119903706B (en) * 2025-01-09 2025-10-10 湘潭大学 Frequency method axial force identification method for rigid rod correction boundary coefficient

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000055776A (en) 1998-08-06 2000-02-25 Kobe Steel Ltd Measuring method for bending rigidity of structure
JP2020165953A (en) 2019-02-12 2020-10-08 神鋼鋼線工業株式会社 Calculation method of the tension of the linear body, the bending rigidity of the linear body, and the characteristics of the damper attached to the linear body

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3550296B2 (en) * 1998-03-23 2004-08-04 株式会社神戸製鋼所 Measuring method of tension and bending stiffness of structures

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000055776A (en) 1998-08-06 2000-02-25 Kobe Steel Ltd Measuring method for bending rigidity of structure
JP2020165953A (en) 2019-02-12 2020-10-08 神鋼鋼線工業株式会社 Calculation method of the tension of the linear body, the bending rigidity of the linear body, and the characteristics of the damper attached to the linear body

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023038814A (en) 2023-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meruane Model updating using antiresonant frequencies identified from transmissibility functions
Lu et al. A two-step approach for crack identification in beam
JP7490381B2 (en) Method for calculating the tension of a linear body, the bending rigidity of a linear body, and the characteristics of a damper attached to the linear body
Kahya et al. Damage localization in laminated composite beams with multiple edge cracks based on vibration measurements
Zhu et al. Calculation of dynamic response sensitivity to substructural damage identification under moving load
Esfandiari Structural model updating using incomplete transfer function of strain data
JP7680915B2 (en) Calculation method for tension, bending rigidity and rotational rigidity at both ends of a linear body
CN106503318A (en) A kind of knife end frequency response function discrimination method under machine tool chief axis working condition
Bouboulas et al. Three-dimensional finite element modeling of a vibrating beam with a breathing crack
CN111854621B (en) Method and device for data fitting of fiber grating sensor for airborne distributed POS
JP7490505B2 (en) Calculation method for tension and stiffness of linear body
JP3550296B2 (en) Measuring method of tension and bending stiffness of structures
Lee et al. Damage detection of beam structure using response data measured by strain gages
Daei et al. A flexibility method for structural damage identification using continuous ant colony optimization
Khalkar Paradigm for natural frequency of an un-cracked simply supported beam and its application to single-edged and multi-edged cracked beam
JP2025095454A (en) Method for calculating tension and bending rigidity of linear bodies of a structure in which multiple linear bodies intersect
Kompalka et al. Experimental investigation of damage evolution by data-driven stochastic subspace identification and iterative finite element model updating
Malekjafarian et al. Identification of inertia properties from the results of output-only modal analysis
JP7661160B2 (en) Method for calculating the tension of a linear body, the bending rigidity of a linear body, and the characteristics of a damper attached to the linear body
El Hantati et al. Geometrically nonlinear forced vibrations of multiple-stepped euler-bernoulli beams
Vestroni Structural identification and damage detection
Bhuyan et al. Statistical damage localization in mechanical systems based on load vectors
Ali et al. Modal curvature and mode shape based damage identification of structure from incomplete modal data
Meruane Naranjo Model updating using antiresonant frequencies identified from transmissibility functions
Bandyopadhyay et al. Identification of parameter of truss structure by limited static strain measurement

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20211004

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240719

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250507

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250509

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250514

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7680915

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150