기계시스템의 비선형특성 해석을 위하여 여러가지 방법이 활용되고 있는데, 이들은 Nyquist 선도의 찌그러짐(distortion), Hilbert 변환, 복원력면(restoring force surface), NARMAX, 고차 주파수응답함수(higher order frequency response function), DPE(direct parameter estimation)를 이용한 방법등이다. 이들중 고차 FRF(frequency response function)는 그 개념이 선형시스템의 FRF와 유사하여 비선형시스템의 해석방법으로서 주목을 받고 있으나 아직은 고차 FRF의 특성에 대한 이론적 연구 단계이고, 고차 FRF로부터 비선형특성을 정량적으로 해석하는 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 다항식으로 표시되는 비선형성을 갖는 시스템이 정현파가진을 받을 때 그 응답의 가진주파수 성분은 가진력진폭과 고차 FRF의 무한급수로 나타낼 수 있다. 가진력의 진폭을 변화시켜가며 응답을 측정하고, 고차항을 무시하면 고차 FRF의 값을 근사적으로 구할 수 있다. 고차 FRF는 비선형 시스템의 매개변수의 식으로 나타낼 수 있으므로 이로부터 비선형 매개변수를 추정할 수 있다. 본 논문에서는 비선형강성과 비선형감쇠를 갖는 1자유도 시뮬레이션 시스템에 이 매개변수 추정법을 각각 적용함으로써 이 방법의 가능성을 고찰하였다.
In this paper, the identification of connections for a vibration system has been presented using FRF-based substructural sensitivity analysis. The substructural design sensitivity formula is derived and plugged into a commercial optimization program, MATLAB, to identify connection stiffness of an air-conditioner system of passenger car. The air-conditioner system, composed of a compressor and a bracket is analyzed by using FRF-based substructural(FBS) method. To obtain the FRFs, FE model is built for the bracket, and the impact hammer test is performed for the compressor. Obtained FRFs are combined to calculate the reaction force at the connection point and the system response. Connection element properties are determined by minimizing the difference between a target FRF and calculated one. It is shown that the proposed identification method is effective even for a real problem.
가진 정현파 강제력에 의한 강제 진동의 특성이 연구되었고 또한, 주파수 영역에서 FRF의 수치 분석을 자세히 수행하였다. 이와 관련하여 강제 진동 모델에서 변위, 속도 및 가속도의 응답을 구하였다. 고유 주파수 주변의 실수부와 허수부의 FRF 특성도 각 경우에 따라 구하였다. 시간 영역에서의 강제 진동의 응답분석은 정현파 강제 진동의 특성을 식별할 수 있다. 변위, 속도 및 가속도 등의 응답을 얻기 위해 Runge-Kutta-Gill 방법의 수치해석 기법을 수행하여 강제력 주파수에 따른 응답을 얻었고 이 주파수는 응답에 큰 영향을 미치지 않았다. 또한, FRF는 강제 진동의 고유 특성을 나타내고 있으며 이러한 강제 진동 모델의 각 감쇠 조건에서 이러한 응답분석을 성공적으로 자세하게 얻을 수 있었다. 상이한 질량, 감쇠 및 강성에 대한 수치 분석 후, 정현파 강제력에 의한 강제 진동 응답 특성을 강제력의 진폭 및 주파수를 동시에 고려하여 분석되었다.
구조물의 동특성은 대형구조물을 상시감시 할 수 있는 장점으로 인하여 널리 활용된다. 상시감시를 위해 계측된 랜덤 데이터는 FFT를 통한 구조물의 동적 고유특성을 분석함으로써 이루어진다. 이 과정에서 Input Data와 Response Data사이에서 FFT Analyzer를 통하여 FRF가 측정된다. 특히 랜덤 데이터의 계측은 여건과 환경에 따라 발생하는 Noise로부터 가능한 정확한 FRF를 계측해야만 성공적인 구조물의 고유의 동적특성을 파악하게 된다. 랜덤 데이터에서 발생할 가능성이 높은 입력, 출력 Noise를 동시에 최소화 할 수 있는 새로운 개념의 FRF측정 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘에 의하여 장대형 모형교량으로부터 Modal 실험을 수행하여 계측된 동특성을 FE 해석 결과와 비교 평가하여 유용성을 제시한다.
A great deal of effort has been invested in upgrading the performance and the efficiency of dynamic analysis of mechanical structures. Using experimental modal analysis(EMA) or finite element analysis(FEA) data of mechanical structures, the performance and efficiency can be effectively evaluated. In order to analyze complex structures such as automobiles and aircrafts, for the sake of computing efficiency, the dynamic substructuring techniques that allow to predict the dynamic behavior of a structure are widely used. Through linking a modal model obtained from EMA and an analytical model obtained from FEA, the best conditioned strucutres can be proposed. In this study, a new algorithm of substructre synthesis method, Multi-FRF synthesis method, is proposed to analyze a structure composed of many substructures.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권4호
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pp.393-398
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2015
진동해석에 있어서 매우 중요한 부분 중의 하나가 주파수응답함수를 구하는 것이다. 크거나 복잡한 구조물은 일반적으로 아주 큰 자유도-예를 들면 수 백 만 자유도-를 가지기 때문에 역행렬에 의한 전통적인 방법으로는 주파수응답함수를 구할 수 없을지도 모른다. 그래서 전체 구조물을 몇 개의 부분구조로 나누어서 해석하는 부분구조 해석법을 이용한다. 여기에서는 부분구조별로 나누어 계산한 부분구조 진동모드를 이용하여 자유도를 현격하게 낮춘 등가의 저 자유도 모델에서 주파수응답함수를 구하는 방법을 제시한다. 개발한 프로그램의 신뢰도를 확인하기 위하여 평판 구조물에 적용하여서 실험과 축소하지 않는 영역에서의 해석 결과와 본 해석 결과를 비교하였고, 매우 좋은 결과를 얻었다.
One of important factors in designing MEMS resonators for RF filters is obtaining a desired frequency response function (FRF) within a specific frequency range of interest. Because various array-type MEMS resonators have been recently introduced to improve the filter characteristics such as bandwidth, pass-band, and shape factor, the degrees of freedom (DOF) of finite elements for their FRF calculation dramatically increases and therefore raises computational difficulties. In this paper the Krylov subspace-based model order reduction using moment-matching with non-zero expansion points is represented as a numerical solution to perform the frequency response analyses of those array-type MEMS resonators in an efficient way. By matching moments at a frequency around the specific operation range of the array-type resonators, the required FRF can be efficiently calculated regardless of their operating frequency from significantly reduced systems. In addition, because of the characteristics of the moment-matching method, a minimal order of reduced system with a prearranged accuracy can be determined through an error indicator using successive reduced models, which is very useful to automate the order reduction process and FRF calculation for structural optimization iterations. We also found out that the presented method could obtain the FRF of a $6\times6$ array-type resonator within a seventieth of the computational time necessary for the direct method and in addition FRF calculation by the mode superposition method could not even be completed because of a data overflow with a half after calculation of 9,722 eigenmodes.
A general procedure for the design sensitivity analysis of structural dynamic problems has been presented in frame of the FRF-based substructuring formulation. In the procedure, the direct differentiation method is used for the sensitivity formula. For a system response function, the proposed method gives a parametric design sensitivity formula in terms of the partial derivatives of the connection element properties and the transfer matrix of the subsystems. The derived design sensitivity formula is applied to a numerical example. The comparison of sensitivities derived by the proposed method and the finite difference method shows that the proposed method is efficient and accurate.
A general procedure for the design sensitivity analysis of structural dynamic problems has been presented in frame of the FRF-based substructuring formulation. For a system response function, the proposed method gives a parametric design sensitivity formula in terms of the partial derivatives of the connection element properties and the transfer matrix of the subsystems. The derived design sensitivity formula is applied to an engine mount system. An interior noise problem in the passenger car is analyzed using the FRF-based substructuring method and the proposed formulation is adopted to study the response variations with respect to the dynamic characteristics of the engine mounts and the bushes. To obtain the FRFs, a finite element model is built for the engine mount structures, and test data is used for the trimmed body including cabin cavity. The comparison of sensitivities derived by the proposed method and the finite difference method shows that the proposed method is efficient and accurate. The proposed sensitivity analysis method indicates effectively the most sensitive location to the interior noise among the engine mounts and the bushes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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