A Modal Analysis Technique for Large Structural Systems

대형구조물의 모우드 해석방법

A modified Lanczos method combined with a substructure analysis technique was used for calculating natural frequencies and mode shapes of large structural systems. The method does not require generation and storage of stiffness and mass matrices of the entire structure. It only uses the stiffness and mass matrices of each substucture. No approximating assumptions are required other than the usual assumption of linear elastic system modelled by finite elements. Thus, natural frequencies and mode shapes for the finite element model employed are the same as those with or without the suhstructuring algorithm. To check the efficiency of the proposed method, first ten natural frequencies and the corresponding mode shapes of an open truss helicopter tail-boom structure are calculated by using it.

자유도가 큰 구조물의 고유진동수와 모드를 구하기 위한 방법으로 Lanczos 방법과 분할 구조 해석법을 조합한 수치 해석법을 개발했다. 이 방법은 분할하지 않은 전체 구조물의 강성 행렬이나 질량 행렬을 구할 필요가 없고, 오직 분할 구조물의 강성 행렬과 질량 행렬만을 필요로 한다. 구조물을 유한 요소 해석법과 같은 수치 해석법을 사용할 때의 일반적인 가정, 즉 선형 탄성 구조물이라는 가정외에 어떤 다른 가정도 하지 않기 때문에 분할 구조로 나눈 경우와 나누지 않은 경우에 계산된 고유진동수와 모드가 동일하다. 또한, 행렬 연산시 분할 구조물의 강성 행렬과 질량 행렬만을 사용하기 때문에, 소형의 컴퓨터에서도 자유도가 큰 구조물을 해석해 낼 수 있다. 이것은 분할 구조물 각각을 여러명의 사람이 독립적으로 설계, 또는 해석한 결과를 조합하여 전체 구조물을 해석할 수 있음을 뜻한다. 이 방법의 수치 해석의 예로서, 헬리콥터 꼬리의 트러스 구조물을 사용하여 처음 10개의 고유진동수와 모드를 계산해 보였다.