JP2008234589A - Structural design support system and structural design support program of vehicle body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モデルを用いた構造と音響の解析により騒音を低減可能な最適構造を求めて自動車の車体の構造設計を支援する構造設計支援システム及び構造設計支援プログラムに関する。 The present invention relates to a structural design support system and a structural design support program that support structural design of a vehicle body of an automobile by obtaining an optimal structure capable of reducing noise by analyzing a structure and sound using a model.
従来、自動車の車体などの構造物の設計を支援する技術として、コンピュータで作成される設計モデルを解析し最適化することで、最適構造を求めるという技術が知られている。例えば、特許文献1には、構造物の設計領域を複数の所定の節点で分割し、隣接節点同士及び非隣接節点同士を梁要素で結合した設計モデルを作成し、この設計モデルを最適化することで最適構造を求めるようにした構造物の設計方法が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique for supporting the design of a structure such as an automobile body, a technique for obtaining an optimal structure by analyzing and optimizing a design model created by a computer is known. For example, Patent Document 1 divides a design area of a structure at a plurality of predetermined nodes, creates a design model in which adjacent nodes and non-adjacent nodes are connected by beam elements, and optimizes the design model. Thus, there is disclosed a method for designing a structure in which an optimum structure is obtained.
この特許文献1にて開示されている設計方法は、複数の梁要素を用いて設計モデルを構成することで、境界条件に合致した合理的な形状を得ることができるようにしているので、構造部分について最適化された構造を求める手法としては有効なものと考えられる。しかしながら、この特許文献1にて開示されている設計方法では、構造部分の振動と音場となる空間の音響によって生じる騒音については考慮されていないため、例えば、自動車のキャビンの内部の騒音を低減するといった観点からは、必ずしも最適な構造を求ることができないという問題がある。 Since the design method disclosed in Patent Document 1 is configured by using a plurality of beam elements to form a design model, it is possible to obtain a reasonable shape that matches the boundary conditions. It is considered effective as a method for obtaining a structure optimized for a portion. However, the design method disclosed in Patent Document 1 does not consider the noise generated by the vibration of the structural portion and the sound of the space that becomes the sound field. For example, the noise inside the cabin of an automobile is reduced. From the viewpoint of doing, there is a problem that an optimal structure cannot always be obtained.
自動車のキャビンの内部の騒音のように、構造系と音響系が連成した騒音の問題については、非特許文献1において、評価点の音圧が零になるための条件、すなわち最適性条件について考察を行い、構造物の特性変化を最適性の観点から表すことが出来る最適性状態図を導入し、これにより評価点音圧に対する構造変更の影響を把握し、得られた知見に基づいた構造最適化手法により最適化構造の探索が可能であるといった報告がなされている。
しかしながら、非特許文献1にて報告されているように、評価点の音圧が零になるための条件、すなわち最適性条件を計算するためには、構造の固有値解析、音響の固有値解析の他に、構造と音響の連成方程式を解くことになるため、計算に時間がかかるという問題があった。また、音のレベルが変化しても、何によって音のレベルが変化したのかのメカニズムが分かりづらいという問題があった。なお、構造と音響が連成した騒音の最適化を扱った文献は前記非特許文献1以外にも多数公開されているが、何れの文献で開示される内容も構造と音響の連成方程式を解くことを前提としており、計算に時間がかかるという問題は共通である。 However, as reported in Non-Patent Document 1, in order to calculate the condition for the sound pressure at the evaluation point to be zero, that is, the optimality condition, in addition to structural eigenvalue analysis and acoustic eigenvalue analysis, In addition, there is a problem that it takes time to calculate because the coupled equation of structure and sound is solved. In addition, even if the sound level changes, there is a problem that it is difficult to understand the mechanism by which the sound level changes. In addition to the non-patent document 1, many documents that deal with the optimization of noise in which structure and sound are coupled are disclosed. However, the contents disclosed in any document are the coupled equations of structure and sound. It is assumed that it will be solved, and the problem that calculation takes time is common.
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、構造と音響の連成方程式を解くことなく構造音響連成特性を評価する指標の最適化により騒音を低減可能な最適構造を求められるようにして、モデルを用いた構造と音響の解析の効率化を図り、車両開発の効率向上を実現することができる構造設計支援システム及び構造設計支援プログラムを提供することを目的としている。 The present invention was devised in view of the conventional situation as described above, and noise can be reduced by optimizing the index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics without solving the structural and acoustic coupling equations. To provide a structural design support system and a structural design support program that can improve the efficiency of vehicle development by improving the efficiency of structural and acoustic analysis using models. It is aimed.
本発明は、モデル内の評価点の音圧を直接最適化するのではなく、構造系と音響系の固有値をそれぞれ一つずつ選んだ組み合わせを考え、構造音響連成特性を評価する指標を設定して、この指標を最適化するといった手法により、少ない計算量で騒音を低減可能な最適構造を求められるようにすることを基本思想とする。 The present invention does not directly optimize the sound pressure at the evaluation point in the model, but considers a combination of selecting one eigenvalue of each of the structural system and the acoustic system, and sets an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics. The basic idea is to obtain an optimum structure capable of reducing noise with a small amount of calculation by a technique of optimizing this index.
本発明に係る構造設計支援システムは、以上のような本発明の基本思想を反映させて自動車の車体の構造設計を支援するシステムであり、設計対象となる車体の構造の計算モデルを生成する計算モデル生成手段と、前記計算モデルを用いて構造系の固有値解析を実行する構造系解析手段と、前記計算モデルを用いて音響系の固有値解析を実行する音響系解析手段と、前記計算モデル内の入力点での加振に対する評価点での音のレベルを計算する音評価手段と、前記評価点での音のレベルが所望の値以上の場合に、構造音響連成特性を評価する指標を計算する構造音響連成特性評価指標計算手段と、前記構造音響連成特性を評価する指標に対する感度を計算する感度計算手段と、前記構造音響連成特性を評価する指標に対する感度に基づいて、設計対象となる車体の構造を変更する構造最適化手段と、を備えることを特徴とするものである。 The structural design support system according to the present invention is a system that supports the structural design of the vehicle body of the automobile by reflecting the basic idea of the present invention as described above, and is a calculation that generates a calculation model of the structure of the vehicle body to be designed. Model generation means, structural system analysis means for performing eigenvalue analysis of the structural system using the calculation model, acoustic system analysis means for executing eigenvalue analysis of the acoustic system using the calculation model, and in the calculation model Sound evaluation means for calculating the sound level at the evaluation point for excitation at the input point, and an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics when the sound level at the evaluation point is higher than a desired value Based on the sensitivity to the structural acoustic coupling characteristic evaluation index calculation means, the sensitivity calculation means to calculate the sensitivity to the index to evaluate the structural acoustic coupling characteristics, the sensitivity to the index to evaluate the structural acoustic coupling characteristics, And structural optimization means for changing the vehicle body structure comprising a total object and is characterized in that it comprises.
また、本発明に係る構造設計支援プログラムは、上述した本発明の基本思想を反映させて自動車の車体の構造設計を支援するプログラムであり、コンピュータに、設計対象となる車体の構造の計算モデルを生成する機能と、前記計算モデルを用いて構造系の固有値解析を実行する機能と、前記計算モデルを用いて音響系の固有値解析を実行する機能と、前記計算モデル内の入力点での加振に対する評価点での音のレベルを計算する機能と、前記評価点での音のレベルが所望の値以上の場合に、構造音響連成特性を評価する指標を計算する機能と、前記構造音響連成特性を評価する指標に対する感度を計算する機能と、前記構造音響連成特性を評価する指標に対する感度に基づいて、設計対象となる車体の構造を変更する機能と、を実現させることを特徴とするものである。 The structural design support program according to the present invention is a program that supports the structural design of the vehicle body of the automobile by reflecting the basic idea of the present invention described above, and a computer is provided with a calculation model of the structure of the vehicle body to be designed. A function to generate eigenvalue analysis of a structural system using the calculation model, a function to perform eigenvalue analysis of an acoustic system using the calculation model, and excitation at an input point in the calculation model A function for calculating a sound level at an evaluation point for the sound, a function for calculating an index for evaluating a structural acoustic coupling characteristic when the sound level at the evaluation point is equal to or higher than a desired value, and the structural acoustic coupling. A function for calculating the sensitivity to the index for evaluating the synthesis characteristics and a function for changing the structure of the vehicle body to be designed based on the sensitivity to the index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics And it is characterized in and.
本発明によれば、構造と音響の練成方程式を解くことなく騒音を低減可能な最適構造が求められるので、モデルを用いた構造と音響の解析の効率化を図ることができ、車両開発の効率向上を実現することができる。 According to the present invention, an optimum structure capable of reducing noise without solving the structure-acoustic formulation equation is required. Therefore, the structure and acoustic analysis using the model can be improved, and vehicle development can be achieved. Efficiency improvement can be realized.
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の構造設計支援システムは、自動車の開発段階における車体の構造設計を支援するシステムである。自動車の開発においては、設計、試作、解析、実験という一連の工程を繰り返すことにより、所定の入力に対して、騒音レベルを目標として定めたレベル以下に抑えられる構造の車体を得るという手法が用いられている。しかしながら、現状では、自動車の車体の実験と計算に多大の時間を要し、これらの工程を繰り返し実行して最終的に市販する構造を有する車体を完成させるには膨大な時間が必要とされている。このため、開発効率を向上させて市場のニーズや環境変化などに対応した自動車をタイムリーに提供できるようにすることが強く求められている。本発明の構造設計支援システムは、こうした要請に応えるものであり、解析の部分の効率化を図って、車両開発の効率向上を実現するものである。 The structural design support system of the present invention is a system that supports structural design of a vehicle body at the development stage of an automobile. In the development of automobiles, a method of obtaining a vehicle body with a structure that can keep the noise level below a target level for a given input by repeating a series of steps of design, prototyping, analysis, and experiment is used. It has been. However, at present, it takes a lot of time to experiment and calculate the body of an automobile, and it takes a lot of time to complete a vehicle body having a structure that is finally marketed by repeatedly executing these processes. Yes. For this reason, there is a strong demand for timely provision of vehicles that improve development efficiency and respond to market needs and environmental changes. The structural design support system of the present invention responds to such a demand, and improves efficiency of vehicle development by improving the efficiency of the analysis part.
本発明を適用した構造設計支援システムの概略構成を図1に示す。この構造設計支援システム1は、計算モデル生成手段2、構造系解析手段3、音響系解析手段4、音評価手段5、構造音響連成特性評価指標計算手段6、感度計算手段7、構造最適化手段8を備えて構成される。
A schematic configuration of a structural design support system to which the present invention is applied is shown in FIG. The structural design support system 1 includes a calculation model generation unit 2, a structural
計算モデル生成手段2は、設計対象となる車体の構造の計算モデルを生成する手段であり、構造系解析手段3と音響系解析手段4は、計算モデル生成手段2で生成された計算モデルに対して構造系の固有値解析、音響系の固有値解析をそれぞれ実行する手段である。また、音評価手段5は、計算モデル生成手段2で生成された計算モデル内の入力点での加振に対する評価点での音のレベルを計算する手段であり、構造音響連成特性評価指標計算手段6は、音評価手段5で計算された評価点での音のレベルが所望の値以上の場合に、構造音響連成特性を評価する指標を計算する手段である。この構造音響特性を評価する指標の計算は、構造系と音響系それぞれ一つずつの固有値による任意の組み合わせを対象とし、構造系解析手段3及び音響系解析手段4による固有値解析の結果が用いられる。また、感度計算手段7は、構造音響特性を評価する指標に対する感度を計算する手段であり、構造最適化手段8は、この構造音響特性を評価する指標に対する感度に基づいて、設計対象となる車体の構造を変更する手段である。 The calculation model generation means 2 is a means for generating a calculation model of the structure of the vehicle body to be designed, and the structural system analysis means 3 and the acoustic system analysis means 4 correspond to the calculation model generated by the calculation model generation means 2. And eigenvalue analysis of the structural system and eigenvalue analysis of the acoustic system. The sound evaluation means 5 is a means for calculating the sound level at the evaluation point with respect to the excitation at the input point in the calculation model generated by the calculation model generation means 2, and the structural acoustic coupling characteristic evaluation index calculation The means 6 is a means for calculating an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics when the sound level at the evaluation point calculated by the sound evaluation means 5 is not less than a desired value. The calculation of the index for evaluating the structural acoustic characteristic is for an arbitrary combination of one eigenvalue for each of the structural system and the acoustic system, and the result of the eigenvalue analysis by the structural system analysis means 3 and the acoustic system analysis means 4 is used. . The sensitivity calculation means 7 is a means for calculating the sensitivity to the index for evaluating the structural acoustic characteristics, and the structure optimization means 8 is the vehicle body to be designed based on the sensitivity to the index for evaluating the structural acoustic characteristics. It is a means to change the structure.
以上のような本発明を適用した構造設計支援システム1を構成する各手段は、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータに所定の処理プログラムをインストールし、この処理プログラムをコンピュータで実行することによって、コンピュータの一機能として実現することができる。具体的には、例えば、計算モデル生成手段2は汎用の有限要素モデル作成用プリポストプログラムによって実現でき、構造系解析手段3、音響系解析手段4、音評価手段5は、「NASTRAN」などの汎用の構造解析プログラムにより実現できる。また、構造音響特性評価指標計算手段6は、構造解析プログラムで計算した固有値、固有モード等から構造音響連成特性を評価する指標を計算するプログラムにより実現でき、感度計算手段7は、構造解析プログラムで計算した固有値、固有モード等の感度から、構造音響連成特性を評価する指標に対する感度を計算するプログラムにより実現できる。また、構造最適化手段8は、線形計画法、逐次線形計画法、探索的な最適化手法などをまとめた最適化プログラムにより実現できる。 Each means constituting the structural design support system 1 to which the present invention is applied as described above, for example, installs a predetermined processing program in a computer such as a personal computer or a workstation and executes the processing program on the computer. Can be realized as a function of a computer. Specifically, for example, the calculation model generation means 2 can be realized by a general-purpose finite element model creation pre-post program, and the structural system analysis means 3, the acoustic system analysis means 4, and the sound evaluation means 5 are general-purpose such as “NASTRAN”. It can be realized by the structure analysis program. The structural acoustic characteristic evaluation index calculation means 6 can be realized by a program for calculating an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics from eigenvalues, eigenmodes, etc. calculated by the structural analysis program. The sensitivity calculation means 7 is a structural analysis program. This can be realized by a program that calculates the sensitivity to the index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics from the sensitivity of the eigenvalue, eigenmode, etc. calculated in (1). The structure optimizing means 8 can be realized by an optimization program in which linear programming, sequential linear programming, exploratory optimization methods and the like are collected.
図2は、本発明を適用した構造設計支援システム1による一連の処理の流れを概略的に示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart schematically showing a flow of a series of processes by the structural design support system 1 to which the present invention is applied.
本発明を適用した構造設計支援システム1では、まず、ステップS1において、計算モデル生成手段2により、設計対象となる車体の構造の計算モデルが生成される。次に、ステップS2において、構造系解析手段3により、計算モデル生成手段2で生成された計算モデルに対して構造系の固有値解析が実行され、ステップS3において、音響系解析手段4により、計算モデル生成手段2で生成された計算モデルに対して音響系の固有値解析が実行される。そして、ステップS4において、音評価手段5により、計算モデル生成手段2で生成された計算モデル内の入力点での加振に対する評価点での音のレベルが計算され、ステップS5において、評価点での音のレベルが所望の値以上となっているか否かが判定される。 In the structural design support system 1 to which the present invention is applied, first, a calculation model of the structure of the vehicle body to be designed is generated by the calculation model generation means 2 in step S1. Next, in step S2, the structural system analysis means 3 performs eigenvalue analysis of the structural system on the calculation model generated by the calculation model generation means 2, and in step S3, the acoustic system analysis means 4 performs the calculation model. An eigenvalue analysis of the acoustic system is performed on the calculation model generated by the generation unit 2. In step S4, the sound evaluation means 5 calculates the sound level at the evaluation point for the excitation at the input point in the calculation model generated by the calculation model generation means 2, and in step S5 It is determined whether the sound level is equal to or higher than a desired value.
ここで、評価点での音のレベルが所望の値未満であれば、騒音レベルを抑えた車体構造が得られているので、処理を終了する。一方、評価点での音のレベルが所望の値以上であれば、車体構造の変更が必要であるため、ステップS6に進む。そして、ステップS6において、構造音響連成特性評価指標計算手段6により、構造音響連成特性を評価する指標が計算される。なお、この構造音響連成特性を評価する指標の具体例については、詳細を後述する。 Here, if the sound level at the evaluation point is less than a desired value, the vehicle body structure with a reduced noise level is obtained, and the process is terminated. On the other hand, if the sound level at the evaluation point is equal to or higher than a desired value, the vehicle body structure needs to be changed, and the process proceeds to step S6. In step S6, the structural acoustic coupling characteristic evaluation index calculation means 6 calculates an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristic. In addition, the specific example of the parameter | index which evaluates this structural acoustic coupling characteristic is mentioned later for details.
次に、ステップS7において、感度計算手段7により、構造音響連成特性評価指標計算手段6で計算された指標に対する感度が計算される。そして、ステップS8において、構造最適化手段8により、感度計算手段7で計算された構造音響連成特性を評価する指標に対する感度に基づいて設計対象となる車体の構造が変更され、ステップS1に戻って以降の処理が繰り返される。なお、ステップS7の構造音響連成特性を評価する指標に対する感度の計算は、例えば、構造解析プログラムにより構造系と音響系の固有振動数の感度、モード形の感度を計算した後、これら構造系と音響系の固有振動数の感度、モード形の感度から、連成係数の感度を計算するといった手法で実施することができる。
Next, in step S7, the sensitivity calculation means 7 calculates the sensitivity for the index calculated by the structural acoustic coupling property evaluation index calculation means 6. In step S8, the
本発明を適用した構造設計支援システム1では、上述した一連の処理を実行することで、最終的に騒音レベルを抑えた最適な車体構造を得られるようにしている。この構造設計支援システム1による処理は、計算モデル内の評価点の音のレベルが所望の値以上の場合に、その音圧を直接最適化するのではなく、構造音響連成特性を評価する指標を設定して、この指標を最適化するという手法を採用したものである。したがって、評価点の音圧を直接最適化する場合のように、構造と音響の連成方程式を解くといった膨大な計算量が必要とされる処理を行うことなく、騒音レベルを抑えた最適な車体構造を得ることができ、車両開発の効率向上を実現できる。 In the structural design support system 1 to which the present invention is applied, an optimal vehicle body structure in which the noise level is finally suppressed can be obtained by executing the series of processes described above. The processing by the structural design support system 1 is an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics instead of directly optimizing the sound pressure when the sound level of the evaluation point in the calculation model is not less than a desired value. And adopting a method of optimizing this index. Therefore, the optimal vehicle body that suppresses the noise level without performing a process that requires a huge amount of calculation such as solving the coupled equation of structure and sound, as in the case of directly optimizing the sound pressure at the evaluation point. The structure can be obtained and the efficiency of vehicle development can be improved.
以下、図3に示す単純なモデルを用いたモデル内部の音の最適化解析を例に挙げて、本発明の特徴事項について更に詳しく説明する。図3に示すモデル10は、音場11、音場11の上面に設定した板12、板12に設定した正方形断面の梁13から構成され、振動を加える入力点14と音圧を評価する評価点15が設定されている。音を最適化するときの設計変数は、梁13の質量の合計を一定としたときの各梁13の断面の辺の長さHである。
In the following, the features of the present invention will be described in more detail with reference to an example of sound optimization analysis inside a model using the simple model shown in FIG. The
音のレベルは構造と音響の連成系のモードによって決まっており、構造と音響の非連成の固有モードを用いて計算することができる。構造への入力点14に対して、評価点15に生じる音圧は、下記式(1)の方程式を解くことで求められる。
式(1)において、ξsは構造系のモード振幅、msは構造系のモード質量、bsは構造系の減衰、ksは構造系のモード剛性、Qsは構造系のモーダルフォースのマトリックスであり、ξfは音響系のモード振幅、mfは音響系のモード質量、bfは音響系の減衰、kfは音響系のモード剛性である。また、cは構造系と音響系の連成項のマトリックスである。前述したように、音の最適化では、式(1)を多数の周波数分だけ計算するため、計算時間がかかる原因となっている。 In Equation (1), ξ s is the mode amplitude of the structural system, m s is the mode mass of the structural system, b s is the damping of the structural system, k s is the mode rigidity of the structural system, and Q s is the modal force of the structural system. Ξ f is the acoustic system mode amplitude, m f is the acoustic system mode mass, b f is the acoustic system attenuation, and k f is the acoustic system mode stiffness. C is a matrix of coupled terms of the structural system and the acoustic system. As described above, in sound optimization, since the equation (1) is calculated for a large number of frequencies, it takes time to calculate.
本発明では、評価点15の音圧を直接最適化するのではなく、構造系と音響系の固有値をそれぞれ一つずつ選んで作った組合わせを考えて、構造音響連成特性を評価する指標を設定し、この指標を最適化する方法をとる。構造系、音響系をそれぞれ1モードとし、減衰と音響系の荷重が無い系を考えると、評価点15の音は下記式(2)で計算できる。
式(2)をξfについて解くと、下記式(3)のようになる。
ここで、ωs 2=ks/ms、ωf 2=kf/mf、ms=1、mf=1である。構造系に加える荷重をf、入力点14のモード形の値をφs0、評価点15のモード形の値をφf0とすると、評価点15の音圧p0は下記式(4)のようになる。
この式(4)より、p0/fは分母が0となる2つの連成の固有周波数で振幅が最大となることが分かる。 From this equation (4), it can be seen that p 0 / f has the maximum amplitude at two coupled natural frequencies where the denominator is zero.
次に、連成の固有振動数Ωs、ΩfからΔだけ離れた近傍の音圧を計算すると、p0/fは下記式(5),(6)のようになる。
大雑把にいって、ω=Ωsは構造系の共振で、ω=Ωfは音響系の共鳴で音のレベルが上がっている固有振動数である。 Roughly speaking, ω = Ω s is the resonance of the structural system, and ω = Ω f is the natural frequency whose sound level is increased by the resonance of the acoustic system.
実際の構造物では、減衰があるため、音の振幅は無限大とはならないが、式(4)に減衰を加えた式を指標にすれば、厳密な音の最適化が可能である。しかし、式(4)は周波数の関数であり、周波数ごとに値が計算されるため、最適化によって起きた音の変化と構造と音響の本質的な特性を表す固有値、固有モード形の変化との相関を把握することができない。また、ある程度の周波数範囲を設定するため、計算時間もかかることになる。 In an actual structure, since there is attenuation, the sound amplitude does not become infinite. However, if an expression obtained by adding attenuation to Expression (4) is used as an index, it is possible to perform strict sound optimization. However, since equation (4) is a function of frequency and a value is calculated for each frequency, the change in sound caused by optimization, the eigenvalue representing the essential characteristics of structure and sound, the change in eigenmode shape, The correlation cannot be grasped. Moreover, since a certain frequency range is set, calculation time is also required.
本発明では、式(5)、(6)を構成する項の組み合わせを構造音響連成特性を評価する指標として、音を最適化することを特徴としている。これらの式には、周波数の項がないため、音のレベルを、構造系と音響系の固有振動数、固有モード形、連成係数のみの組み合わせとして捉えることが可能である。 The present invention is characterized in that sound is optimized using a combination of terms constituting the expressions (5) and (6) as an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics. Since these equations do not have a frequency term, it is possible to grasp the sound level as a combination of only the natural frequency of the structural system and the acoustic system, the natural mode shape, and the coupling coefficient.
具体的に説明すると、本発明では、構造系と音響系それぞれ一つずつの固有値による任意の組み合わせについて、入力点14のモード形の値(φs0)、評価点15のモード形の値(φf0)、連成係数(c)、構造系と音響系それぞれの連成の固有振動数の2乗の差(−Ωs 2+Ωf 2,−Ωf 2+Ωs 2)、構造系と音響系それぞれの非連成の固有振動数の2乗の差、のうちの少なくとも何れか1つを、構造音響連成特性を評価する指標として設定し、この構造音響連成特性を評価する指標に対する感度を計算して、最適化された車体構造を得るようにしている。なお、式(5)、(6)の分母は、厳密にいえば連成の固有振動数の2乗の差であるが、実際の自動車では、非連成の固有振動数の2乗の差で代用しても大きな差異は生じないため、連成の固有振動数の2乗の差に代えて、非連成の固有振動数の2乗の差を構造音響連成特性を評価する指標の1つとして用いることが可能である。
More specifically, in the present invention, the mode shape value (φ s0 ) of the
また、構造系と音響系それぞれ一つずつの固有値による任意の組み合わせについて、入力点14のモード形の値(φs0)、評価点15のモード形の値(φf0)、連成係数(c)、のうちの少なくとも何れか1つを分子とし、構造系と音響系それぞれの連成の固有振動数の2乗の差(−Ωs 2+Ωf 2,−Ωf 2+Ωs 2)、または構造系と音響系それぞれの非連成の固有振動数の2乗の差を分母としたものを、構造音響連成特性を評価する指標として設定するようにすれば、より厳密な最適化を行うことができる。
For an arbitrary combination of one eigenvalue for each of the structural system and the acoustic system, the mode shape value (φ s0 ) of the
また、さらに厳密な最適化を行う場合には、構造系と音響系それぞれ一つずつの固有値による任意の組み合わせについて、入力点14のモード形の値(φs0)と、評価点15のモード形の値(φf0)と、連成係数(c)との積を分子とし、構造系と音響系それぞれの連成の固有振動数の2乗の差(−Ωs 2+Ωf 2,−Ωf 2+Ωs 2)、または構造系と音響系それぞれの非連成の固有振動数の2乗の差を分母としたものを、構造音響連成特性を評価する指標として設定することが有効である。
Further, when performing more rigorous optimization, the mode shape value (φ s0 ) of the
ただし、計算時間の短縮を優先する場合には、できるだけ少ない項で構成される指標を用いることが望ましい。ここで、音響系のモードは音場となる空気の形状によって決まるため、自動車の開発においては変更できる可能性が殆どない。したがって、自動車の開発においては評価点のモード形の値(φf0)の項は重要性が低く、例えば、φs0・c/−Ωs 2+Ωf 2を構造音響連成特性を評価する指標として用いれば、十分に精度のよい最適化を短時間で行うことができる。 However, when priority is given to shortening the calculation time, it is desirable to use an index composed of as few terms as possible. Here, since the mode of the acoustic system is determined by the shape of the air that becomes the sound field, there is almost no possibility of change in the development of the automobile. Therefore, the term of the mode value (φ f0 ) of the evaluation point is less important in the development of an automobile. For example, φ s0 · c / −Ω s 2 + Ω f 2 is an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics. As a result, it is possible to perform sufficiently accurate optimization in a short time.
図3に示したモデル10において、梁13の質量の合計を一定としたときの各梁13の断面の辺の長さHを設計変数として、本発明の手法により最適化を行った結果を図4に示す。ここでは、構造音響連成特性を評価する指標としてφs0・c/−Ωs 2+Ωf 2を用い、図中の2つの音のピークを同時に最適化している。また、比較例として、上記式(1)を用いて厳密に音のレベルを計算しながら最適化を行った結果を図5に示す。これら図4及び図5から分かるように、本発明の手法により最適化を行うことにより、厳密な最適化を行った場合と同様に騒音の低減を図ることが可能となる。また、本発明の手法では音のレベルを直接計算することなく騒音低減が図れるので、計算時間を大幅に短縮させて解析の効率化を図ることができ、車両開発の効率向上を実現することができる。
In the
以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本発明を適用した構造設計支援システムによれば、構造音響連成特性を評価する指標を用いて最適化を行うことで、騒音レベルを低減させた最適な車体構造を極めて短時間で得ることができ、車両開発の効率向上を実現することができる。なお、以上は本発明の一実施形態を例示したものであり、本発明の技術的範囲は、以上の実施形態の説明で開示した内容に限定されるものではなく、これらの開示から容易に導き得る様々な代替技術も含まれることは勿論である。 As described above in detail with specific examples, according to the structural design support system to which the present invention is applied, the noise level is optimized by performing the optimization using the index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics. Thus, an optimum vehicle body structure with reduced squeeze can be obtained in a very short time, and vehicle development efficiency can be improved. The above is an example of the embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limited to the contents disclosed in the description of the above embodiment, and is easily derived from these disclosures. Of course, the various alternative techniques that can be obtained are also included.
1 構造設計支援システム
2 計算モデル生成手段
3 構造系解析手段
4 音響系解析手段
5 音評価手段
6 構造音響連成特性評価指標計算手段
7 感度計算手段
8 構造最適化手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Structural design support system 2 Calculation model production | generation means 3 Structural system analysis means 4 Acoustic system analysis means 5 Sound evaluation means 6 Structural acoustic coupling property evaluation index calculation means 7 Sensitivity calculation means 8 Structure optimization means
Claims (5)
設計対象となる車体の構造の計算モデルを生成する計算モデル生成手段と、
前記計算モデルを用いて構造系の固有値解析を実行する構造系解析手段と、
前記計算モデルを用いて音響系の固有値解析を実行する音響系解析手段と、
前記計算モデル内の入力点での加振に対する評価点での音のレベルを計算する音評価手段と、
前記評価点での音のレベルが所望の値以上の場合に、構造音響連成特性を評価する指標を計算する構造音響連成特性評価指標計算手段と、
前記構造音響連成特性を評価する指標に対する感度を計算する感度計算手段と、
前記構造音響連成特性を評価する指標に対する感度に基づいて、設計対象となる車体の構造を変更する構造最適化手段と、を備えることを特徴とする構造設計支援システム。 A structural design support system that supports structural design of a car body of an automobile by seeking an optimal structure capable of reducing noise by analyzing the structure and sound using a model,
A calculation model generation means for generating a calculation model of the structure of the vehicle body to be designed;
Structural system analysis means for performing eigenvalue analysis of the structural system using the calculation model;
Acoustic system analysis means for performing eigenvalue analysis of the acoustic system using the calculation model;
Sound evaluation means for calculating a sound level at an evaluation point with respect to excitation at an input point in the calculation model;
A structural acoustic coupling property evaluation index calculating means for calculating an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics when the sound level at the evaluation point is equal to or higher than a desired value;
Sensitivity calculating means for calculating sensitivity to an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics;
A structural design support system comprising: structure optimization means for changing a structure of a vehicle body to be designed based on sensitivity to an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics.
コンピュータに、
設計対象となる車体の構造の計算モデルを生成する機能と、
前記計算モデルを用いて構造系の固有値解析を実行する機能と、
前記計算モデルを用いて音響系の固有値解析を実行する機能と、
前記計算モデル内の入力点での加振に対する評価点での音のレベルを計算する機能と、
前記評価点での音のレベルが所望の値以上の場合に、構造音響連成特性を評価する指標を計算する機能と、
前記構造音響連成特性を評価する指標に対する感度を計算する機能と、
前記構造音響連成特性を評価する指標に対する感度に基づいて、設計対象となる車体の構造を変更する機能と、を実現させることを特徴とする構造設計支援プログラム。 A structural design support program that supports the structural design of a car body of an automobile by seeking an optimal structure capable of reducing noise by analyzing the structure and sound using a model,
On the computer,
A function to generate a calculation model of the structure of the body to be designed;
A function of performing eigenvalue analysis of a structural system using the calculation model;
A function of performing eigenvalue analysis of an acoustic system using the calculation model;
A function of calculating a sound level at an evaluation point with respect to excitation at an input point in the calculation model;
A function for calculating an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics when the sound level at the evaluation point is equal to or higher than a desired value;
A function of calculating sensitivity to an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics;
A structural design support program that realizes a function of changing a structure of a vehicle body to be designed based on sensitivity to an index for evaluating the structural acoustic coupling characteristics.
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- 2007-03-23 JP JP2007077230A patent/JP2008234589A/en active Pending
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