[論文レビュー] Calculations of Frequency Response Functions (FRF) Using Computer Smart Office Software and Nyquist Plot under Gyroscopic Effect Rotation

Hisham A. H. Al-Khazali, Mohamad R. Askari|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2012

Structural Health Monitoring Techniques参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、一般的なスマートオフィスソフトウェア（例：Excel）とニルクイストプロットの可視化を用いて、回転構造物におけるジャイロスコピック効果が及ぼす周波数応答関数（FRF）の計算およびその挙動の分析に向けた新規手法を提案する。この手法により、専用のシミュレーションツールを用いずに、正確なFRF曲線の再生成と合成が可能となり、標準的なオフィスソフトウェアがジャイロスコピック結合を有する動的システムを効果的にモデル化できることを示している。これは、機械的システムにおけるモード解析のための低コストでアクセス可能な代替手段を提供する。

ABSTRACT

Regenerated (FRF curves), synthesis of (FRF) curves there are two main requirement in the form of response model, The first being that of regenerating "Theoretical" curve for the frequency response function actually measured and analysis and the second being that of synthesising the other functions which were not measured,(FRF) that isolates the inherent dynamic properties of a mechanical structure. Experimental modal parameters (frequency, damping, and mode shape) are also obtained from a set of (FRF) measurements. The (FRF) describes the input-output relationship between two points on a structure as a function of frequency. Therefore, an (FRF) is actually defined between a single input DOF (point & direction), and a single output (DOF), although the FRF was previously defined as a ratio of the Fourier transforms of an output and input signal. In this paper we detection FRF curve using Nyquist plot under gyroscopic effect in revolving structure using computer smart office software. Keywords - FRF curve; modal test; Nyquist plot; software engineering; gyroscopic effect; smart office.

研究の動機と目的

• 標準的なオフィスソフトウェアを用いた回転機械系におけるFRF曲線の計算のための低コストでアクセス可能な手法の開発。
• ニルクイストプロットの可視化を用いて、回転構造物におけるジャイロスコピック効果がFRF挙動に与える影響の調査。
• スマートオフィスソフトウェアに搭載された計算ツールを用いて、限られた実験的測定データからFRFデータの再生成と合成を可能にする。
• 機械工学の応用分野におけるモード解析のための、専用シミュレーションソフトウェアの代替としての実用的代替手段の提供。
• 一般的なオフィスソフトウェアが、ジャイロスコピック結合を有する複雑な動的システムを正確にモデル化できることの実証。

提案手法

• 著者は、標準的なスマートオフィスソフトウェア（例：Microsoft Excel）を用いて、FRF計算のための数値計算を実施する。
• 理論的モデルに基づいて、ジャイロスコピック効果を受ける機械的構造物のFRFデータを生成する。
• 計算されたFRFデータからニルクイストプロットを構築し、動的システムの挙動および安定性を可視化する。
• FRFを周波数領域における出力対入力の比として定義するために、フーリエ変換の関係を活用する。
• 本手法により、測定されたFRF曲線の再生成と、限られたデータから未測定のFRF成分の合成が可能となる。
• ジャイロスコピック効果は、系の剛性行列および減衰行列に回転動力学を組み込むことでモデル化される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的なスマートオフィスソフトウェアは、回転構造物におけるジャイロスコピック効果下のFRF曲線を正確に計算および可視化できるか？
• RQ2 ジャイロスコピック効果の組み込みが、FRF解析におけるニルクイストプロットの形状および特徴にどのように影響を与えるか？
• RQ3 オフィスソフトウェアのツールのみを用いて、FRFの再生成および合成をどの程度達成できるか？
• RQ4 モード解析のための専用シミュレーションソフトウェアを、アクセス可能なオフィスツールに置き換えることは可能か？
• RQ5 提案手法を用いて、オフィスソフトウェアでFRFデータからモードパラメータ（固有振動数、減衰比、モード形状）を信頼性高く抽出できるか？

主な発見

• 本研究では、スマートオフィスソフトウェアが、ジャイロスコピック効果を受ける回転構造物のFRF曲線を正確に生成できることを明確に示している。
• オフィスソフトウェアで生成されたFRFデータから作成されたニルクイストプロットは、システムダイナミクスに及ぼすジャイロスコピック結合の影響を明確に反映している。
• 本手法により、測定データから理論的FRF曲線の再生成が効果的に可能となり、その正確性が検証された。
• 提案された計算フレームワークをオフィスソフトウェアで用いることで、未測定のFRF成分の合成が達成可能である。
• 本手法は、機械的システムにおけるモード解析のための高価なシミュレーションツールに代わるコスト効率の高い代替手段を提供する。
• 結果から、標準的なオフィスソフトウェアが、従来は専用のエンジニアリングソフトウェアを要する複雑な動的システムのモデリングタスクを処理できることを確認した。