Development of large-sized nonlinear vibration analysis, based on parallel computing

基于并行计算的大型非线性振动分析的发展

• 批准号: 21K03939
• 负责人: 川口 正隆
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Doshisha University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03939/
• 关键词: 多段部分構造モード合成; 並列演算; モード解析; 非線形振動解析; ガタ構造物; 解析効率化; 解析自由度; 多段モード合成

自動車等の量産製品では開発期間短縮やコスト削減の為に，実規模の大規模振動解析が多用されており，解析時間の大幅な増加を抑制する為に，自動多段部分構造モード合成ソフト（AMLS）が汎用構造解析コードNASTRANに対して提供されている．しかし，線形構造物に限定され，ガタ等の非線形要素を含む複雑な構造系への展開ができない問題がある．一方，大規模解析では，実機特有のガタや粘弾性体等の非線形要素を含んだ過渡振動解析のニーズも強いが，膨大な解析時間を要し現実的でないので，製品開発では普及していない．そこで，非線形系の過渡振動解析の効率化（解析時間短縮）を目的に，2021年度には中規模（約10万自由度）迄の構造サンプルを対象に非線形の過渡振動解析で実証した．2022年度には，以下の様に小規模サンプル（約5000自由度）を対象に振動実験を実施し解析精度を検証すると共に，大規模（約100万自由度）な構造サンプルを対象に多段モード合成法を適用することにより，下記の成果を得た．(1)小規模な構造体の振動実験と解析：主要寸法が800mm角のアングル材による骨組サポートに，800mm角の板金ドア（周囲を角型鋼管で補強）を連結部品（ラッチ，ヒンジ）で繋いだ試験体を作製し，小型振動台に載せて振動実験を実施した．連結部品のラッチとヒンジにガタ（±0.5mm以下）が有る場合と，無い場合に計測される加速度を比較した．その結果，僅かなガタ量にも拘わらず加速度応答は大幅に変化したが，非線形の振動解析は定性的に現象変化を近似でき有効性を示すことができた．(2)大規模構造サンプル（約100万自由度）：NASTRAN上でAMLSを利用して，中規模サンプルと同様に非線形運動方程式の過渡振動を解析する解析プロセス（DMAP）を作成し適用した結果，解析時間は従来法に比べて75%以上短縮されることを示した．

实际规模上的大规模振动分析经常用于大规模生产的产品（例如汽车），以缩短开发周期并降低成本，并抑制分析时间的显着增加，为通用性结构分析nastran提供了自动多阶段部分结构模式合成软件（AMLS）。但是，存在一个问题，即它仅限于线性结构，不能扩展到包含非线性元素（例如嘎嘎声）的复杂结构系统。另一方面，大规模分析需要非常需要瞬态振动分析，包括实际机器独有的非线性元素，例如嘎嘎和粘弹性物体，但是它在产品开发中并不广泛使用，因为它需要大量的分析时间，并且不现实。因此，在2021年，为了提高非线性系统的效率（减少分析时间），我们在结构样品中展示了非线性瞬态振动分析，高达中等大小（约100,000个自由度）。在2022财年，我们在大规模样品（约5,000度的自由度）上进行了振动实验，以验证分析精度，并通过将多阶段模式合成方法应用于大型样品（约100万度的自由度），我们获得了以下结果。 （1）小规模结构的振动实验和分析：由一个由角度材料制成的框架支撑，其主尺寸为800 mm正方形，以及与连接零件（闩锁，铰链）相连的钣金门（圆周加固的圆周钢管），并通过放置振动实验，将其放在一个小摇摆桌上。我们比较了连接部件的闩锁和铰链上的拨浪鼓（小于±0.5mm），并且当没有拨动（小于±0.5mm）时测量的加速度。结果，尽管尽管嘎嘎作响少，但加速反应发生了显着变化，但非线性振动分析能够在质量上近似现象的变化并表现出有效性。 （2）大规模结构样品（约100万度的自由度）：使用纳斯特兰上的AML，这是一个分析过程（DMAP），该过程分析了与中型样品相似的非线性运动方程的瞬态振动，与常规方法相比，分析时间相似，分析时间降低了75％。

项目成果

多段モード合成による大規模なガタ構造系の非線形振動解析

采用多级模态合成的大型振动结构系统非线性振动分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryo Arai;Satoru Sakai;Teruo Kato;川口正隆，坂手洸希，谷ノ上樹生，上田至朗，Mladen CHARGIN，田中和人，渡辺公貴
• 通讯作者: 川口正隆，坂手洸希，谷ノ上樹生，上田至朗，Mladen CHARGIN，田中和人，渡辺公貴

STUDY ON NONLINEAR VIBRATION ANALYSIS FOR LARGE-SCALE STRUCTURAL MODEL WITH GAP

大尺度带间隙结构模型非线性振动分析研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Masataka Kawaguchi;Koki Sakate;Jiro Ueda;Mladen Chargin ,Kazuto Tanaka;Kimitaka Watanabe;Tsutao Katayama
• 通讯作者: Tsutao Katayama

多段モード合成法による大規模なガタ構造系の非線形振動解析

采用多级模态综合方法进行大型松散结构系统非线性振动分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Shotaro Sugita;Masayuki Kimura;Shinji Doi;川口 正隆;坂手 洸希;谷ノ上 樹生;上田 至朗;Mladen CHARGIN;田中 和人;渡辺 公貴
• 通讯作者: 川口 正隆;坂手 洸希;谷ノ上 樹生;上田 至朗;Mladen CHARGIN;田中 和人;渡辺 公貴