特開 2024-30589 構造設計支援方法、構造設計支援装置及び構造設計支援プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024030589

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】構造設計支援方法、構造設計支援装置及び構造設計支援プログラム

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/20 20200101AFI20240229BHJP

   G06F 111/20 20200101ALN20240229BHJP

【ＦＩ】

G06F30/20

G06F111:20

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022133558

(22)【出願日】2022-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100187702

【弁理士】

【氏名又は名称】福地 律生

(74)【代理人】

【識別番号】100162204

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 学

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】島崎 奈沙

【テーマコード（参考）】

5B146

【Ｆターム（参考）】

5B146AA07

5B146DJ02

5B146DJ07

(57)【要約】      （修正有）

【課題】構造体の部位の質量を変化させたときの固有振動の変化を評価可能な構造設計支援方法、構造設計支援装置及び構造設計支援プログラムを提供する。
【解決手段】構造設計支援方法は、構造体を形成する複数の評価部のそれぞれの質量を示す質量情報を少なくとも含む構造体モデルの第１振動モードにおける固有振動数である第１固有振動数を演算し、評価部のそれぞれについて、質量情報に対応する質量を変化させた変更質量を演算し、評価部のそれぞれの質量を変更質量に順次入れ替えて、評価部の何れか１つの質量を変更質量に入れ替えたときの第１振動モードにおける固有振動数である第１感度振動数を、評価部のそれぞれについて演算し、少なくとも第１固有振動数及び第１感度振動数に基づいて、評価部のそれぞれの質量を変化させたときの固有振動数の変化の大きさを示す第１感度値を演算することを含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造体を形成する複数の評価部のそれぞれの質量を示す質量情報を少なくとも含む構造体モデルの第１振動モードにおける固有振動数である第１固有振動数を演算し、
前記複数の評価部のそれぞれについて、前記質量情報に対応する質量を変化させた変更質量を演算し、
前記複数の評価部のそれぞれの質量を前記変更質量に順次入れ替えて、前記複数の評価部の何れか１つの質量を前記変更質量に入れ替えたときの前記第１振動モードにおける固有振動数である第１感度振動数を、前記複数の評価部のそれぞれについて演算し、
少なくとも前記第１固有振動数及び前記第１感度振動数に基づいて、前記複数の評価部のそれぞれの質量を変化させたときの前記固有振動数の変化の大きさを示す第１感度値を演算する、
ことを含む、ことを特徴とする構造設計支援方法。

【請求項2】

前記質量情報は、前記複数の評価部のそれぞれの密度、及び前記複数の評価部のそれぞれの体積を含み、
前記変更質量を演算する工程は、
前記複数の評価部のそれぞれの密度を変化させる変化率に、前記複数の評価部のそれぞれの密度を乗算して変更密度を演算し、
前記変更密度に前記複数の評価部のそれぞれの体積を乗算して、前記変更質量を演算する、
ことを含む、請求項１に記載の構造設計支援方法。

【請求項3】

前記変化率は、０．５以上であり、且つ２．０以下である、請求項２に記載の構造設計支援方法。

【請求項4】

前記第１感度値を演算する工程は、
前記複数の評価部のそれぞれについて、前記第１感度振動数の前記第１固有振動数からの変化代を演算し、
前記複数の評価部のそれぞれについて、前記変更質量と前記質量との差である質量差を演算し、
前記複数の評価部のそれぞれについて、前記変化代を前記質量差で除して前記第１感度値を演算する、
ことを含む、請求項１に記載の構造設計支援方法。

【請求項5】

前記第１感度値から、質量を変化させる評価部である質量変化部を決定し、
前記質量変化部を示す質量変化部情報を出力する、
ことを更に含む、請求項１～４の何れか一項に記載の構造設計支援方法。

【請求項6】

前記構造体モデルの前記第１振動モードと異なる第２振動モードにおける固有振動数である第２固有振動数を演算し、
前記複数の評価部のそれぞれの質量を前記変更質量に順次入れ替えて、前記変更質量に入れ替えたときの前記第２振動モードにおける固有振動数である第２感度振動数を、前記複数の評価部のそれぞれについて演算し、
少なくとも前記第２固有振動数及び前記第２感度振動数に基づいて、前記複数の評価部のそれぞれの質量を変化させたときの前記固有振動数の変化の大きさを示す第２感度値を演算する、ことを更に含み、
前記質量変化部を決定する工程は、前記第１感度値に加えて前記第２感度値から前記質量変化部を決定する、請求項５に記載の構造設計支援方法。

【請求項7】

前記質量変化部を決定する工程は、
前記第１感度値に重み付け係数を乗じて重み第１感度値を演算し、
前記重み第１感度値と、前記第２感度値とを加算した加算感度値から前記質量変化部を決定する、
ことを含む、請求項６に記載の構造設計支援方法。

【請求項8】

構造体を形成する複数の評価部のそれぞれの質量を示す質量情報を少なくとも含む構造体モデルの第１振動モードにおける固有振動数である第１固有振動数を演算する固有振動数演算部と、
前記複数の評価部のそれぞれについて、前記質量情報に対応する質量を変化させた変更質量を演算する変更質量演算部と、
前記複数の評価部のそれぞれの質量を前記変更質量に順次入れ替えて、前記複数の評価部の何れか１つの質量を前記変更質量に入れ替えたときの前記第１振動モードにおける固有振動数である第１感度振動数を、前記複数の評価部のそれぞれについて演算する感度振動数演算部と、
少なくとも前記第１固有振動数及び前記第１感度振動数に基づいて、前記複数の評価部のそれぞれの質量を変化させたときの前記固有振動数の変化の大きさを示す第１感度値を演算する感度値演算部と、
ことを含む、ことを特徴とする構造設計支援装置。

【請求項9】

構造体を形成する複数の評価部のそれぞれの質量を示す質量情報を少なくとも含む構造体モデルの第１振動モードにおける固有振動数である第１固有振動数を演算し、
前記複数の評価部のそれぞれについて、前記質量情報に対応する質量を変化させた変更質量を演算し、
前記複数の評価部のそれぞれの質量を前記変更質量に順次入れ替えて、前記複数の評価部の何れか１つの質量を前記変更質量に入れ替えたときの前記第１振動モードにおける固有振動数である第１感度振動数を、前記複数の評価部のそれぞれについて演算し、
少なくとも前記第１固有振動数及び前記第１感度振動数に基づいて、前記複数の評価部のそれぞれの質量を変化させたときの前記固有振動数の変化の大きさを示す第１感度値を演算する、
処理をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする構造設計支援プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造設計支援方法、構造設計支援装置及び構造設計支援プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

構造体設計を支援する種々の方法が知られている。例えば、特許文献１には、固有振動数変動比ｂを使用して構造体の変形形態を評価する技術が記載される。固有振動数変動比ｂは、一部位のヤング率を一定倍率で変化させたときの変化前後における構造体の剛性Ｋの変化量ΔＫ_Eと、同部位の板厚を同倍率で変化させたときの変化前後における構造体の剛性Ｋの変化量ΔＫ_tとの比率ΔＫ_E／ΔＫ_tで示される。特許文献１に記載される技術では、ΔＫ_E／ΔＫ_tで示される固有振動数変動比ｂを剛性の変化量に代えて、固有振動数の変化量Δｆ_E／Δｆ_tで示す。特許文献１に記載される技術では、Δｆ_tを算出するときに、板厚を変化させることに応じて密度を変化させることで、板厚を変化させることによる質量の変化を相殺する。特許文献１に記載される技術では、Δｆ_tを算出するときに質量の変化を相殺することで、固有振動解析等の構造体の質量が影響する構造解析において、構造体の変形形態を定量的に評価することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１５２８９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載される技術は、構造体の変形形態の評価において板厚の変化を伴うため，板厚が変化することで構造体の剛性が同時に変化し，固有振動の変化における質量の影響のみを抽出することはできない。

【0005】

本発明は、構造体の部位の質量を変化させたときの固有振動の変化を評価可能な構造設計支援方法、構造設計支援装置及び構造設計支援プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このような課題を解決する本発明は、以下に記載の構造設計支援方法、構造設計支援装置及び構造設計支援プログラムを要旨とするものである。
（１）構造体を形成する複数の評価部のそれぞれの質量を示す質量情報を少なくとも含む構造体モデルの第１振動モードにおける固有振動数である第１固有振動数を演算し、
複数の評価部のそれぞれについて、質量情報に対応する質量を変化させた変更質量を演算し、
複数の評価部のそれぞれの質量を変更質量に順次入れ替えて、複数の評価部の何れか１つの質量を変更質量に入れ替えたときの第１振動モードにおける固有振動数である第１感度振動数を、複数の評価部のそれぞれについて演算し、
少なくとも第１固有振動数及び第１感度振動数に基づいて、複数の評価部のそれぞれの質量を変化させたときの固有振動数の変化の大きさを示す第１感度値を演算する、
ことを含む、ことを特徴とする構造設計支援方法。
（２）質量情報は、複数の評価部のそれぞれの密度、及び複数の評価部のそれぞれの体積を含み、
変更質量を演算する工程は、
複数の評価部のそれぞれの密度を変化させる変化率に、複数の評価部のそれぞれの密度を乗算して変更密度を演算し、
変更密度に複数の評価部のそれぞれの体積を乗算して、変更質量を演算する、
ことを含む、（１）に記載の構造設計支援方法。
（３）変化率は、０．５以上であり、且つ２．０以下である、（２）に記載の構造設計支援方法。
（４）第１感度値を演算する工程は、
複数の評価部のそれぞれについて、第１感度振動数の第１固有振動数からの変化代を演算し、
複数の評価部のそれぞれについて、変更質量と質量との差である質量差を演算し、
複数の評価部のそれぞれについて、変化代を質量差で除して第１感度値を演算する、
ことを含む、（１）に記載の構造設計支援方法。
（５）第１感度値から、質量を変化させる評価部である質量変化部を決定し、
質量変化部を示す質量変化部情報を出力する、
ことを更に含む、（１）～（４）の何れか一つに記載の構造設計支援方法。
（６）構造体モデルの第１振動モードと異なる第２振動モードにおける固有振動数である第２固有振動数を演算し、
複数の評価部のそれぞれの質量を変更質量に順次入れ替えて、変更質量に入れ替えたときの第２振動モードにおける固有振動数である第２感度振動数を、複数の評価部のそれぞれについて演算し、
少なくとも第２固有振動数及び第２感度振動数に基づいて、複数の評価部のそれぞれの質量を変化させたときの固有振動数の変化の大きさを示す第２感度値を演算する、ことを更に含み、
質量変化部を決定する工程は、第１感度値に加えて第２感度値から質量変化部を決定する、（５）に記載の構造設計支援方法。
（７）質量変化部を決定する工程は、
第１感度値に重み付け係数を乗じて重み第１感度値を演算し、
重み第１感度値と、第２感度値とを加算した加算感度値から量変化部を決定する、
ことを含む、（６）に記載の構造設計支援方法。
（８）構造体を形成する複数の評価部のそれぞれの質量を示す質量情報を少なくとも含む構造体モデルの第１振動モードにおける固有振動数である第１固有振動数を演算する固有振動数演算部と、
複数の評価部のそれぞれについて、質量情報に対応する質量を変化させた変更質量を演算する変更質量演算部と、
複数の評価部のそれぞれの質量を変更質量に順次入れ替えて、複数の評価部の何れか１つの質量を変更質量に入れ替えたときの第１振動モードにおける固有振動数である第１感度振動数を、複数の評価部のそれぞれについて演算する感度振動数演算部と、
少なくとも第１固有振動数及び第１感度振動数に基づいて、複数の評価部のそれぞれの質量を変化させたときの固有振動数の変化の大きさを示す第１感度値を演算する感度値演算部と、
ことを含む、ことを特徴とする構造設計支援装置。
（９）構造体を形成する複数の評価部のそれぞれの質量を示す質量情報を少なくとも含む構造体モデルの第１振動モードにおける固有振動数である第１固有振動数を演算し、
複数の評価部のそれぞれについて、質量情報に対応する質量を変化させた変更質量を演算し、
複数の評価部のそれぞれの質量を変更質量に順次入れ替えて、複数の評価部の何れか１つの質量を変更質量に入れ替えたときの第１振動モードにおける固有振動数である第１感度振動数を、複数の評価部のそれぞれについて演算し、
少なくとも第１固有振動数及び第１感度振動数に基づいて、複数の評価部のそれぞれの質量を変化させたときの固有振動数の変化の大きさを示す第１感度値を演算する、
処理をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする構造設計支援プログラム。

【発明の効果】

【0007】

一実施形態では、構造設計支援方法は、構造体の部位の質量を変化させたときの固有振動の変化を評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る構造設計支援装置の概要を説明するための図である。

【図2】第１実施形態に係る構造設計支援装置のブロック図である。

【図3】図２に示す構造設計支援装置による構造設計支援処理を示すフローチャートである。

【図4】第２実施形態に係る構造設計支援装置のブロック図である。

【図5】図４に示す構造設計支援装置による構造設計支援処理を示すフローチャートである。

【図6】第３実施形態に係る構造設計支援装置のブロック図である。

【図7】図６に示す構造設計支援装置による構造設計支援処理を示すフローチャートである。

【図8】（ａ）は第１振動モードの固有値解析結果を示す図であり、（ｂ）は第２振動モードの固有値解析結果を示す図であり、（ｃ）は第３振動モードの固有値解析結果を示す図であり、（ｄ）は第４振動モードの固有値解析結果を示す図であり、（ｅ）は第５振動モードの固有値解析結果を示す図である。

【図9】実施例２の加算感度値を示す図である。

【図10】実施例１、実施例２及び比較例の固有周波数の変化代を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下図面を参照して、本発明に係る構造設計支援方法、構造設計支援装置及び構造設計支援プログラムについて説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されない。

【0010】

（実施形態に係る構造設計支援方法の概要）
図１は、実施形態に係る構造設計支援装置によって実行される構造設計支援方法の概要を説明するための図である。ここでは、第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６の１６個の評価部を有する構造体１００を例として実施形態に係る構造設計支援方法が説明されるが、評価部の数は、１６個に限定されるものではない。

【0011】

実施形態に係る構造設計支援装置は、構造体１００を形成する第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６のそれぞれの質量を変化させたときの固有振動数の変化から感度値を演算し、演算した感度値に基づいて、質量を変化させる評価部を決定する。

【0012】

まず、実施形態に係る構造設計支援装置は、第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６のそれぞれの質量を変更することなく、構造体に対応する構造体モデルの複数の固有振動所定の振動モードにおける固有振動数ｆ₀を演算する。

【0013】

次いで、実施形態に係る構造設計支援装置は、第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６のそれぞれの質量Ｍ₁～Ｍ₁₆を変化させた変更質量Ｍ_c1～Ｍ_c16を演算する。実施形態に係る構造設計支援装置は、式（１）に示すように、第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６のそれぞれの密度ρ_1c～ρ₁₆に変化率αを乗ずることで、変化密度ρ_c1～ρ_c16を演算する。次いで、実施形態に係る構造設計支援装置は、式（２）に示すように、第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６のそれぞれの体積Ｖ_c1～Ｖ_c16に変化密度ρ₁～ρ_c16を乗ずることで、変化質量Ｍ_c1～Ｍ_c16を演算する。

【0014】

次いで、実施形態に係る構造設計支援装置は、第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６のそれぞれの質量Ｍ₁～Ｍ₁₆を変更質量Ｍ_c1～Ｍ_c16に順次入れ替えて、第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６のそれぞれについて固有振動数ｆ_c1～ｆ_c16を演算する。次いで、実施形態に係る構造設計支援装置は、第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６のそれぞれの質量Ｍ₁～Ｍ₁₆を変更質量Ｍ_c1～Ｍ_c16に変化させたときの固有振動数の変化の大きさを示す感度値Ｓ₁～Ｓ₁₆を演算する。実施形態に係る構造設計支援装置は、式（３）に示すように、質量を変化させたときの固有振動数ｆ_c1～ｆ_c16と質量を変化させないときの固有振動数ｆ₀との差を変更質量Ｍ_c1～Ｍ_c16と質量Ｍ₁～Ｍ₁₆との差を除して感度値Ｓ₁～Ｓ₁₆を演算する。

【0015】

次いで、実施形態に係る構造設計支援装置は、感度値Ｓ₁～Ｓ₁₆から、第１評価部Ｐ１～第１６評価部Ｐ１６の中で、質量を変化させる評価部である質量変化部を決定する。実施形態に係る構造設計支援装置は、感度値Ｓ₁～Ｓ₁₆の中で、値が大きい順に３つの感度値Ｓ_L1、Ｓ_L2及びＳ_L3を抽出し、抽出した感度値Ｓ_L1、Ｓ_L2及びＳ_L3のそれぞれに対応する評価部を質量変化部に決定する。そして、実施形態に係る構造設計支援装置は、決定した質量変化部を示す質量変化部情報を出力する。

【0016】

（第１実施形態に係る構造設計支援装置の構成及び機能）
図２は、第１実施形態に係る構造設計支援装置のブロック図である。

【0017】

構造設計支援装置１は、通信部１１と、記憶部１２と、入力部１３と、出力部１４と、処理部２０とを有する。通信部１１、記憶部１２、入力部１３、出力部１４及び処理部２０は、バス１５を介して互いに接続される。

【0018】

通信部１１は、イーサネット（登録商標）などの有線の通信インターフェース回路を有する。通信部１１は、インターネット及びローカルエリアネットワーク（Local Area Network、ＬＡＮ）等の通信ネットワークを介してサーバ等の電気計算機と通信を行う。

【0019】

記憶部１２は、例えば、半導体記憶装置、磁気テープ装置、磁気ディスク装置、又は光ディスク装置のうちの少なくとも一つを備える。記憶部１２は、処理部２０での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部１２は、変形モードの一致度を判定する構造設計支援処理を処理部２０に実行させるための構造設計支援プログラム等を記憶する。構造設計支援プログラムは、例えばＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記憶媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部１２にインストールされてもよい。

【0020】

記憶部１２は、複数の部品を有する構造体のそれぞれの部品の密度、体積及びヤング率を示すデータを少なくとも含む数値解析データである構造モデルを記憶する。構造モデルに含まれる構造体のそれぞれの部品の密度及び体積を示す情報は、質量情報とも称される。また、記憶部１２は、有限要素モデルデータである構造モデルを生成するときに使用されるＣＡＤモデルデータ及び生成条件データを記憶する。また、記憶部１２は、剛性を演算するときに使用される材料物性データ及び振動条件データを記憶する。材料物性データは、ヤング率、ポアソン比、密度、熱膨張係数及び降伏応力等の材料物性を示すデータであり、振動条件データは、構造体に印加される複数の振動周波数を示すデータである。また、複数の部品のそれぞれの密度を変化させる変化率を示す変化率情報を記憶する。記憶部１２に記憶される変化率情報に対応する変化率は、０．５以上であり、且つ２．０以下である。

【0021】

入力部１３は、データの入力が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード等である。構造設計支援装置１を使用するオペレータは、入力部１３を用いて、文字、数字、記号等を入力することができる。入力部１３は、オペレータにより操作されると、その操作に対応する信号を生成する。そして、生成された信号は、オペレータの指示として、処理部２０に供給される。

【0022】

出力部１４は、映像や画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等である。出力部１４は、処理部２０から供給された映像データに応じた映像や、画像データに応じた画像等を表示する。また、出力部１４は、紙などの表示媒体に、映像、画像又は文字等を印刷する出力装置であってもよい。

【0023】

処理部２０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。処理部２０は、構造設計支援装置１の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。処理部２０は、記憶部１２に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、処理部２０は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できる。

【0024】

処理部２０は、構造モデル生成部２１と、固有振動数演算部２２と、変更質量演算部２３と、感度振動数演算部２４と、感度値演算部２５と、感度値出力部２６とを有する。これらの各部は、処理部２０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして処理部２０に実装されてもよい。

【0025】

（第１実施形態に係る構造設計支援装置による構造設計支援処理）
図３（ａ）は、構造設計支援装置１による構造設計支援処理を示すフローチャートであり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＳ１０２の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。図３（ｄ）は図３（ａ）に示すＳ１０３の処理のより詳細な処理を示すフローチャートあり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＳ１０４の処理のより詳細な処理を示すフローチャートである。図３（ａ）に示す構造設計支援処理は、予め記憶部１２に記憶されている制御プログラムに基づいて、主に処理部２０により、構造設計支援装置１の各要素と協働して実行される。

【0026】

まず、構造モデル生成部２１は、記憶部１２に記憶されているＣＡＤモデルデータ及び生成条件データに基づいて、有限要素モデルデータである構造モデルを生成し（Ｓ１０１)、生成した構造モデルを記憶部１２に記憶する。構造モデル生成部２１は、構造体を形成する複数の部品のそれぞれの形状を、特定の形状及びサイズを複数の要素に分割することにより構造モデルを生成する。構造モデル生成部２１は、ＡＬＴＡＩＲ社製のＨｙｐｅｒＭｅｓｈ及びＢＥＴＡ ＣＡＥ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製のＡＮＳＡ等の有限要素モデルデータ生成用のアプリケーションプログラムを使用して構造モデルを生成する。

【0027】

次いで、固有振動数演算部２２は、記憶部１２に記憶された構造モデルに基づいて、第１振動モードとも称される所定の振動モードにおける構造体の固有振動数を演算する（Ｓ１０２）。固有振動数演算部２２は、Ｓ１０２の処理で演算した固有振動数を示す固有振動数情報を記憶部１２に記憶する。Ｓ１０２の処理で演算した固有振動数は、第１固有振動数とも称される。例えば固有振動数を演算するときに使用される境界条件は、記憶部１２に記憶される材料物性データ及び振動条件データに含まれる所定の振動周波数のそれぞれに対応する条件である。固有振動数演算部２２は、ＡＬＴＡＩＲ社製のＨｙｐｅｒＦｏｒｍ、株式会社ＪＳＯＬ製のＡｎｓｙｓ ＬＳ－ＤＹＮＡ、日本イーエスアイ株式会社製のＰＡＭ－ＭＥＤＹＳＡ及び株式会社ＣＡＥソリューションズ製のＡｂａｑｕｓ等の有限要素解析用アプリケーションプログラムを使用して固有振動数情報を生成する。

【0028】

次いで、変更質量演算部２３は、構造体を形成する複数の部品のそれぞれについて、複数の部品のそれぞれの質量を変化させた変更質量を演算する（Ｓ１０３）。まず、変更質量演算部２３は、記憶部１２に記憶される変化率情報に対応する変化率に、対象とする部品の密度を乗算して、対象とする部品の変更密度を演算する（Ｓ１３１）。次いで、変更質量演算部２３は、Ｓ１３１の処理で演算された変更密度に対象とする部品の体積を乗算して、対象とする部品の変更質量を演算し（Ｓ１３２）する。変更質量演算部２３は、演算した変更質量を示す変更質量情報を、対象とする部品を示す識別子に関連付けて記憶部１２に記憶する。

【0029】

次いで、変更質量演算部２３は、構造体を形成する複数の部品の全てについて変更質量を演算したか否かを判定する（Ｓ１３３）。変更質量演算部２３は、構造体を形成する複数の部品の全てについて変更質量を演算していないと判定する（Ｓ１３３－ＮＯ）と、次の部品についてＳ１３１の処理を実行する。変更質量演算部２３は、構造体を形成する複数の部品の全てについて変更質量を演算したと判定する（Ｓ１３３－ＹＥＳ）まで、Ｓ１３１～Ｓ１３３の処理を繰り返す。変更質量演算部２３によって構造体を形成する複数の部品の全てについて変更質量を演算したと判定される（Ｓ１３３－ＹＥＳ）と、Ｓ１０３の処理は終了する。

【0030】

次いで、感度振動数演算部２４は、構造体を形成する複数の部品部の何れか１つの質量をＳ１０３の処理で演算された変更質量に入れ替えたときの固有振動数である第１感度振動数を、前記複数の部品のそれぞれについて演算する（Ｓ１０４）。まず、感度振動数演算部２４は、構造体モデルの形成する部品の中で、対象とする部品の質量を変更質量に入れ替えて、変更構造体モデルを生成する（Ｓ１４１）。Ｓ１４１の処理で生成された変更構造体モデルは、対象とする部品の質量が変更質量に変更される以外は、Ｓ１０１の処理で生成される構造体モデルと同一である。次いで、感度振動数演算部２４は、Ｓ１４１の処理で生成された変更構造体モデルに基づいて、Ｓ１０２の処理の振動モードと同一の振動モードにおける構造体の固有振動数である感度振動数を演算する（Ｓ１４２）。感度振動数演算部２４は、演算した感度振動数を示す感度振動数情報を、対象とする部品を示す識別子に関連付けて記憶部１２に記憶する。

【0031】

次いで、感度振動数演算部２４は、構造体を形成する複数の部品の全てについて感度振動数を演算したか否かを判定する（Ｓ１４３）。感度振動数演算部２４は、構造体を形成する複数の部品の全てについて感度振動数を演算していないと判定する（Ｓ１４３－ＮＯ）と、次の部品についてＳ１４１の処理を実行する。感度振動数演算部２４は、構造体を形成する複数の部品の全てについて感度振動数を演算したと判定する（Ｓ１３３－ＹＥＳ）まで、Ｓ１４１～Ｓ１４３の処理を繰り返す。感度振動数演算部２４によって構造体を形成する複数の部品の全てについて感度振動数を演算したと判定される（Ｓ１４３－ＹＥＳ）と、Ｓ１０４の処理は終了する。

【0032】

次いで、感度値演算部２５は、記憶部１２に記憶された部品の密度及び体積、並びにＳ１０２及びＳ１０４の処理で演算された固有振動及び感度振動数に基づいて、第１感度値とも称される感度値を複数の部品のそれぞれについて演算する（Ｓ１０５）。感度値は、構造体を形成する部品のそれぞれの質量を変化したときの固有振動数の変化の大きさを示す指標である。まず、感度値演算部２５は、対象とする部品の感度振動数から対象とする固有振動数を減算して、感度振動数の固有振動数からの変化代を演算する（Ｓ１５１）。次いで、感度値演算部２５は、対象とする部品の変更質量から対象とする部品の変更前の質量を減じて、質量差を演算する（Ｓ１５２）。次いで、感度値演算部２５は、Ｓ１５１の処理で演算した変化代をＳ１５２の処理で演算した質量差で除して、感度値を演算し（Ｓ１５３）、演算した感度値を、対象とする部品を示す識別子に関連付けて記憶部１２に記憶する。

【0033】

次いで、感度値演算部２５は、構造体を形成する複数の部品の全てについて感度値を演算算したか否かを判定する（Ｓ１５４）。感度値演算部２５は、構造体を形成する複数の部品の全てについて感度値を演算していないと判定する（Ｓ１５４－ＮＯ）と、次の部品についてＳ１５１の処理を実行する。感度値演算部２５は、構造体を形成する複数の部品の全てについて感度値を演算したと判定する（Ｓ１５４－ＹＥＳ）まで、Ｓ１３１～Ｓ１３３の処理を繰り返す。感度値演算部２５によって構造体を形成する複数の部品の全てについて感度値を演算したと判定される（Ｓ１５４－ＹＥＳ）と、Ｓ１０５の処理は終了する。

【0034】

そして、感度値出力部２６は、Ｓ１０５の処理で演算され、記憶部１２に記憶された感度値情報を、関連付けられた識別子と共に出力部１４に出力する（Ｓ１０６）。出力部１４は、入力された感度値情報に対応する感度値を、関連付けられた識別子と共に表示する。

【0035】

（第１実施形態に係る構造設計支援装置の作用効果）
構造設計支援装置１は、部品のそれぞれの質量を変化したときの固有振動数の変化の大きさを示す感度値を演算し、出力することで、構造体の部位の質量を変化させたときの固有振動の変化を評価することができる。

【0036】

また、構造設計支援装置１は、部品のそれぞれの密度を同一の変化率で変化させて感度値を演算することで、体積及び質量が相違する部品の固有振動数の変化し易さを体積及び重量に依存しない指標として感度値を演算することができる。

【0037】

また、構造設計支援装置１は、感度振動数の固有振動数からの変化代を変更質量と質量との差である質量差で除して感度値を演算することで、対象とする部品の体積及び重量により依存しない指標として感度値を演算することができる。

【0038】

（第２実施形態に係る構造設計支援装置の構成及び機能）
図４は、第２実施形態に係る構造設計支援装置のブロック図である。

【0039】

構造設計支援装置２は、処理部３０を処理部２０の代わりに有することが構造設計支援装置１と相違する。処理部３０は、質量変化部決定部３１及び質量変化部出力部３２を感度値出力部２６の代わりに有することが処理部２０と相違する。質量変化部決定部３１及び質量変化部出力部３２以外の構造設計支援装置２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された構造設計支援装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0040】

（第２実施形態に係る構造設計支援装置による構造設計支援処理）
図５は、構造設計支援装置２による構造設計支援処理を示すフローチャートである。図５に示す構造設計支援処理は、予め記憶部１２に記憶されている制御プログラムに基づいて、主に処理部３０により、構造設計支援装置２の各要素と協働して実行される。

【0041】

Ｓ２０１～Ｓ２０５の処理は、Ｓ１０１～Ｓ１０５の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0042】

Ｓ２０５の処理に次いで、質量変化部決定部３１は、Ｓ２０５の処理で演算された部品のそれぞれの感度値から、質量を変化させる部品である質量変化部を決定する（Ｓ２０６）。まず、質量変化部決定部３１は、記憶部１２に記憶される感度値情報に対応する感度値の中から、値が大きい所定数の感度値を抽出する。次いで、質量変化部決定部３１は、抽出した感度値を示す感度値情報に関連付けて記憶される識別子に対応する部品を質量変化部として決定する。そして、質量変化部決定部３１は、質量変化部として決定された部品を示す識別子を、質量変化部を示す識別子として記憶部１２に記憶する。

【0043】

そして、質量変化部出力部３２は、質量変化部を示す識別子として記憶部１２に記憶された識別子を示す質量変化部情報を出力部１４に出力する（Ｓ２０７）。出力部１４は、入力された質量変化部情報に対応する識別子を、質量変化部を示す識別子として表示する。

【0044】

（第２実施形態に係る構造設計支援装置の作用効果）
構造設計支援装置２は、質量変化部を示す識別子を表示するので、識別子を視認したオペレータが質量を変化する部品を理解すること容易である。構造設計支援装置２では、質量を変化する部品をオペレータが容易に理解することができるので、オペレータは、固有振動数の変化に影響を与える部品の質量を変更した構造モデルを早急に生成し、生成した構造モデルの固有振動数を演算することができる。

【0045】

（第３実施形態に係る構造設計支援装置の構成及び機能）
図６は、第３実施形態に係る構造設計支援装置のブロック図である。

【0046】

構造設計支援装置３は、処理部４０を処理部２０の代わりに有することが構造設計支援装置１と相違する。処理部４０は、第１感度振動数演算部４１、第１感度値演算部４２、第２感度振動数演算部４３、第２感度値演算部４４、質量変化部決定部４５及び質量変化部出力部４６を感度振動数演算部２４～感度値出力部２６の代わりに有することが処理部２０と相違する。第１感度振動数演算部４１～質量変化部出力部４６以外の構造設計支援装置３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された構造設計支援装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0047】

（第３実施形態に係る構造設計支援装置による構造設計支援処理）
図７は、構造設計支援装置３による構造設計支援処理を示すフローチャートである。図７に示す構造設計支援処理は、予め記憶部１２に記憶されている制御プログラムに基づいて、主に処理部４０により、構造設計支援装置３の各要素と協働して実行される。

【0048】

Ｓ３０１及びＳ３０３の処理は、Ｓ１０１及びＳ１０３の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0049】

Ｓ３０１の処理に次いで、固有振動数演算部２２は、記憶部１２に記憶された構造モデルに基づいて、第１振動モード及び第１振動モードと異なる第２振動モードにおける構造体の固有振動数を演算する（Ｓ３０２）。固有振動数演算部２２は、第１振動モードにおける構造体の固有振動数を第１固有振動数として記憶部１２に記憶し、第２振動モードにおける構造体の固有振動数を第２固有振動数として記憶部１２に記憶する。

【0050】

Ｓ３０３の処理に次いで、第１感度振動数演算部４１は、複数の部品のそれぞれについて第１感度振動数を演算する（Ｓ３０４）。第１感度振動数は、構造体を形成する複数の部品部の何れか１つの質量をＳ３０３の処理で演算された変更質量に入れ替えたときの第１振動モードの固有振動数である。第１感度振動数の演算処理は、Ｓ１０４に示す感度振動数の演算処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0051】

次いで、第１感度値演算部４２は、複数の部品のそれぞれについて第１感度値を演算する（Ｓ３０５）。第１感度値は、構造体を形成する部品のそれぞれの質量を変化したときの第１振動モードにおける固有振動数の変化の大きさを示す指標である。第１感度値の演算処理は、Ｓ１０５に示す感度値の演算処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0052】

次いで、第２感度振動数演算部４３は、複数の部品のそれぞれについて第２感度振動数を演算する（Ｓ３０６）。第２感度振動数は、構造体を形成する複数の部品部の何れか１つの質量をＳ３０３の処理で演算された変更質量に入れ替えたときの第２振動モードの固有振動数である。第２感度振動数の演算処理は、Ｓ１０４に示す感度振動数の演算処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0053】

次いで、第２感度値演算部４４は、複数の部品のそれぞれについて第２感度値を演算する（Ｓ３０７）。第２感度値は、構造体を形成する部品のそれぞれの質量を変化したときの第２振動モードにおける固有振動数の変化の大きさを示す指標である。第２感度値の演算処理は、Ｓ１０５に示す感度値の演算処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0054】

次いで、質量変化部決定部４５は、Ｓ３０５及びＳ３０７の処理で演算された部品のそれぞれの第１感度値及び第２感度値から、質量を変化させる部品である質量変化部を決定する（Ｓ３０８）。まず、質量変化部決定部３１は、Ｓ３０５の処理で演算された部品のそれぞれの第１感度値に所定の重み付け係数を乗じて、部品のそれぞれについて重み第１感度値を演算する。質量変化部決定部４５は、演算した重み第１感度値を、対応する部品を示す識別子に関連付けて記憶部に記憶する。第１感度値に乗じられる重み付け係数は、第１振動モード及び第２振動モードのそれぞれにおいて共振が発生する可能性に応じて設定される。第１振動モードにおいて共振が発生する可能性が第２振動モードにおいて共振が発生する可能性よりも高いとき、重み付け係数は、１より大きい値に設定される。第１振動モードにおいて共振が発生する可能性が第２振動モードにおいて共振が発生する可能性よりも低いとき、重み付け係数は、１未満の値に設定される。第１振動モードにおいて共振が発生する可能性が第２振動モードにおいて共振が発生する可能性と同一であるとき、重み付け係数は、１に設定される。

【0055】

次いで、質量変化部決定部４５は、重み第１感度値と、Ｓ３０６の処理で演算された第２感度値とを加算した加算感度値を、部品のそれぞれについて演算する。質量変化部決定部４５は、演算した加算感度値を示す加算感度値情報を、対応する部品を示す識別子に関連付けて記憶部１２に記憶する。次いで、質量変化部決定部４５は、記憶部１２に記憶される加算感度値情報に対応する加算感度値の中から、値が大きい所定数の加算感度値を抽出する。次いで、質量変化部決定部４５は、抽出した加算感度値を示す加算感度値情報に関連付けて記憶される識別子に対応する部品を質量変化部として決定する。そして、質量変化部決定部４５は、質量変化部として決定された部品を示す識別子を、質量変化部を示す識別子として記憶部１２に記憶する。

【0056】

そして、質量変化部出力部４６は、質量変化部を示す識別子として記憶部１２に記憶された識別子を示す質量変化部情報を出力部１４に出力する（Ｓ３０９）。出力部１４は、入力された質量変化部情報に対応する識別子を、質量変化部を示す識別子として表示する。

【0057】

（第３実施形態に係る構造設計支援装置の作用効果）
構造設計支援装置３は、第１振動モード及び第２振動モードのそれぞれにおいて共振が発生する可能性に応じて設定される重み付け係数を使用して質量変化部を決定するので、共振が発生する可能性をより低くすることができる。

【0058】

（実施形態に係る構造設計支援装置の変形例）
構造設計支援装置１～３では、単一の部品を質量を変化させる評価部としているが、実施形態に係る構造設計支援装置では、複数の部品を質量を変化させる評価部としてもよく、単一の部品を形成する構成要素を質量を変化させる評価部としてもよい。

【0059】

また、構造設計支援装置１～３では、部品の密度に変化率を乗じて、物質の質量を変化させるが、実施形態に係る構造設計支援装置では、部品の体積に変化率を乗じて、物質の質量を変化させてもよい。

【0060】

また、構造設計支援装置１～３では、変化率は、０．５以上であり、且つ２．０以下であるが、実施形態に係る構造設計支援装置では、変化率は、０．５未満であってもよく、２．０よりも大きくてもよい。

【0061】

また、構造設計支援装置１～３では、感度振動数の固有振動数からの固有振動数の変化代及び質量差から感度値が演算されるが、実施形態に係る構造設計支援装置では、感度値は、少なくとも感度振動数及び固有振動数に基づいて演算されてもよい。例えば、感度振動数及び固有振動数の差、感度振動数及び固有振動数の比を感度値としてもよい。

【実施例0062】

所定の構造体の８２箇所の評価部に重りを付与して固有振動数を変化させたときの感度値に基づいて、重りを付与したときの固有周波数の変化代を演算した。固有周波数の変化代の演算は、エムエスシーソフトウェア社製のＮａｓｔｒａｎを使用して、第１振動モード～第５振動モードの５つ振動モードについて固有値解析を実行することで実施された。

【0063】

図８（ａ）は第１振動モードの固有値解析結果を示す図であり、図８（ｂ）は第２振動モードの固有値解析結果を示す図であり、図８（ｃ）は第３振動モードの固有値解析結果を示す図である。図８（ｄ）は第４振動モードの固有値解析結果を示す図であり、図８（ｅ）は第５振動モードの固有値解析結果を示す図である。図８（ａ）～８（ｅ）において、横軸は評価部を示し、縦軸は感度値〔Ｈｚ／ｋｇ〕を示す。

【0064】

実施例１では、第１振動モードにおいて、感度値が大きい３つの評価部である「１８」、「３２」及び「５８」に１〔ｋｇ〕、計３〔ｋｇ〕の重りを付与して固有値解析が実行された。実施例２では、第５振動モードの感度値に重み係数「４」を乗じた重み第５感度値に第１振動モードの感度値である第１感度値を加算して加算感度値を演算した。実施例２では、演算された加算感度値が大きい３つの評価部である「３０」、「３２」及び「５８」に１〔ｋｇ〕、計３〔ｋｇ〕の重りを付与して固有値解析が実行された。比較例では、ランダムに選択された５つの評価部に１〔ｋｇ〕、計５〔ｋｇ〕の重りを付与して固有値解析が実行された。

【0065】

図９は実施例２の加算感度値を示す図である。図９において、横軸は評価部を示し、縦軸は加算感度値〔Ｈｚ／ｋｇ〕を示す。

【0066】

図１０は、実施例１、実施例２及び比較例の固有周波数の変化代を示す図である。図１０において、横軸は振動モードを示し、縦軸は固有周波数の変化代を示す。また、図１０において、白色の棒グラフは比較例の変化代を示し、白色の棒グラフは実施例１の変化代を示し、斜線パターンが付された棒グラフは実施例２の変化代を示す。

【0067】

実施例１では、目的とした第１振動モードについて比較例よりも固有振動数の変化代が5倍程度大きくなった。一方、実施例２では、目的とした第１振動モード及び第５振動モードについて、比較例よりも固有振動数の変化代が２～３倍程度大きくなった．特に，重みをつけ第１振動モードよりも重要とした第５振動モードについて実施例１よりも大きな効果が得られた．

【0068】

実施例１及び２では、比較例よりも軽量に固有振動数の変化代が大きくなるので、重量効率よく共振の発生を抑制できる。実施例１及び２では、共振の発生が抑制できるので、例えば自動車では、乗り心地が向上する、及び騒音の発生が抑制されるなどの効果が奏される。

【符号の説明】

【0069】

１、２ 構造設計支援装置
２０、３０、４０ 処理部
２１ 構造モデル生成部
２２ 固有振動数演算部
２３ 変更質量演算部
２４ 感度振動数演算部
２５ 感度値演算部
２６ 感度値出力部
３１ 質量変化部決定部
３２ 質量変化部出力部
４１ 第１感度振動数演算部
４２ 第１感度値演算部
４３ 第２感度振動数演算部
４４ 第２感度値演算部
４５ 質量変化部決定部
４６ 質量変化部出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】