(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが前記評価対象部の厚さが薄くなることで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記振動数比較工程では、
前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、
解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、
前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとする構造物の評価方法。
【請求項２】
複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態で、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の中央部が弦のように振動する横振動による振動モードである構造物の評価方法。
【請求項３】
複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することは、前記評価対象部の厚さが薄くなることである請求項２に記載の構造物の評価方法。
【請求項４】
前記振動数比較工程では、
前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、
解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、
前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとする請求項３に記載の構造物の評価方法。
【請求項５】
複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記評価対象部は、基準方向に延びる第一の板材と第二の板材とが接合部で接合されることで構成され、
前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態で、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の前記接合部が移動しないで、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の前記接合部以外の部分が前記基準方向に直交する基準面上で前記接合部周りに振動する振動モードである構造物の評価方法。
【請求項６】
複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することは、前記評価対象部の厚さが薄くなることである請求項５に記載の構造物の評価方法。
【請求項７】
前記振動数比較工程では、
前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、
解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、
前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとする請求項６に記載の構造物の評価方法。
【請求項８】
前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、
前記第一の板材の中央部が前記接合部周りに一方側に回転するとともに前記第二の板材の中央部が前記接合部周りに他方側に回転した状態と、前記第一の板材の中央部が前記接合部周りに前記他方側に回転するとともに前記第二の板材の中央部が前記接合部周りに前記一方側に回転した状態と、を交互に繰り返す振動モードである請求項５から７のいずれか一項に記載の構造物の評価方法。
【請求項９】
前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させる請求項１から８のいずれか一項に記載の構造物の評価方法。
【請求項１０】
前記スペクトル取得工程では、非接触速度計を用いて前記構造物の振動を測定する請求項１から９のいずれか一項に記載の構造物の評価方法。
【請求項１１】
前記スペクトル取得工程では、
第一の非接触速度計、及び１台以上の第二の非接触速度計を用いて前記評価対象部又は前記評価対象変化部の所定位置における前記構造物の前記振動速度の時間波形を測定することと、
１台以上の前記第二の非接触速度計で測定した前記評価対象部及び前記評価対象変化部における前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を前記第一の非接触速度計を用いて測定した前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化すること、を組にして複数回行い、
前記第二の非接触速度計で測定し正規化された前記速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行う請求項１から１０のいずれか一項に記載の構造物の評価方法。
【請求項１２】
前記スペクトル取得工程において、与えた前記衝撃力の大きさを測定することと、前記振動速度の時間波形を測定することと、前記振動速度の時間波形の速度スペクトル応答値を前記衝撃力の大きさで除して正規化することを組にして複数回行い、
前記正規化した速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行う請求項９に記載の構造物の評価方法。
【請求項１３】
複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させ、
前記スペクトル取得工程において、与えた前記衝撃力の大きさを測定することと、前記振動速度の時間波形を測定することと、前記振動速度の時間波形の速度スペクトル応答値を前記衝撃力の大きさで除して正規化することを組にして複数回行い、
前記正規化した速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行う構造物の評価方法。
【請求項１４】
複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、
前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、
前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、
同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、
を行い、
前記スペクトル取得工程では、
第一の非接触速度計、及び１台以上の第二の非接触速度計を用いて前記評価対象部又は前記評価対象変化部の所定位置における前記構造物の前記振動速度の時間波形を測定することと、
１台以上の前記第二の非接触速度計で測定した前記評価対象部及び前記評価対象変化部における前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を前記第一の非接触速度計を用いて測定した前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化すること、を組にして複数回行い、
前記第二の非接触速度計で測定し正規化された前記速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行う構造物の評価方法。
【請求項１５】
前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させる請求項１４に記載の構造物の評価方法。
【請求項１６】
前記スペクトル取得工程では、非接触速度計を用いて前記構造物の振動を測定する請求項１４又は１５に記載の構造物の評価方法。
【請求項１７】
複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することは、前記評価対象部の厚さが薄くなることである請求項１３から１６のいずれか一項に記載の構造物の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度経済成長期に建設された構造物が老朽化している。構造物の老朽化が原因となる事故や損傷事例が、数多く報告されている。特にベルトコンベアフレームや配管架台に代表される産業用の鋼製の構造物は、外部環境に直接晒される場合が多いこともあり、突然崩壊するという事態がしばしば発生している。
従って、産業用の鋼製の構造物では、腐食劣化にともなうリスクを最小限に抑えるために、その構造物の健全性を正しく把握することが維持管理上の重要な課題の一つとなっている。
【０００３】
構造物全体を評価対象である評価対象部とした場合の構造物の評価方法として、特許文献１及び２に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１５１４８号公報
【特許文献２】特開２００２−３１０８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２の構造物の評価方法は、２０Ｈｚ（ヘルツ）程度以下の低い振動数（周波数）に対応した振動モードを評価の対象としている。このため、評価対象部が構造物を構成する部材の一部のような構造物全体に比べて小型の部材であるときに、この評価対象部の損傷等を感度良く評価できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、評価対象部が構造物全体に比べて小型の部材であっても評価対象部を感度良く評価することができる構造物の評価方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが前記評価対象部の厚さが薄くなることで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記振動数比較工程では、前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとすることを特徴としている。
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも１つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。
一般的に、評価対象部は厚さが薄くなることで評価対象変化部となるため、評価対象部をより確実に評価することができる。
また、測定した評価対象変化部の厚さを定量的に求めることができる。
【０００８】
また、本発明の他の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態で、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の中央部が弦のように振動する横振動による振動モードであることを特徴としている。
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも１つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。
ここで言う評価対象部及び評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態とは、評価対象部及び評価対象変化部の両端部が溶接等によって剛結固定となっている状態、ボルト接合等によって半剛結固定となっている状態、あるいは、ピン結合となっている状態を意味する。
【０００９】
また、上記の構造物の評価方法において、複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することは、前記評価対象部の厚さが薄くなることであってもよい。
一般的に、評価対象部は厚さが薄くなることで評価対象変化部となる。この発明によれば、評価対象部をより確実に評価することができる。
また、上記の構造物の評価方法において、前記振動数比較工程では、前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとしてもよい。
この発明によれば、測定した評価対象変化部の厚さを定量的に求めることができる。
【００１０】
また、本発明の他の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記評価対象部は、基準方向に延びる第一の板材と第二の板材とが接合部で接合されることで構成され、前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の両端部がそれぞれ固定された状態で、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の前記接合部が移動しないで、前記評価対象部及び前記評価対象変化部の前記接合部以外の部分が前記基準方向に直交する基準面上で前記接合部周りに振動する振動モードであることを特徴としている。
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも１つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。
また、評価対象部が、構造物を構成する軸状部材のうち、長手方向の中間部において固定部材により固定された小型の部材であったとしても、評価対象部を評価して損傷等した位置を特定することができる。
【００１１】
また、上記の構造物の評価方法において、複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することは、前記評価対象部の厚さが薄くなることであってもよい。
一般的に、評価対象部は厚さが薄くなることで評価対象変化部となる。この発明によれば、評価対象部をより確実に評価することができる。
また、上記の構造物の評価方法において、前記振動数比較工程では、前記特定工程で特定された前記固有振動数及び前記振動モードから、前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である測定柔性行列を算出し、解析を行うことにより、前記評価対象部の厚さを変化させたときの前記評価対象変化部又は前記構造物の柔性行列である解析柔性行列を算出し、前記解析柔性行列と前記測定柔性行列との差の大きさを前記測定柔性行列の大きさで除した値が、予め定められた許容値以下になったときの前記評価対象変化部の厚さを、測定した前記評価対象変化部の厚さとしてもよい。
この発明によれば、測定した評価対象変化部の厚さを定量的に求めることができる。
また、上記の構造物の評価方法において、前記振動数比較工程における同一の前記振動モードが、前記第一の板材の中央部が前記接合部周りに一方側に回転するとともに前記第二の板材の中央部が前記接合部周りに他方側に回転した状態と、前記第一の板材の中央部が前記接合部周りに前記他方側に回転するとともに前記第二の板材の中央部が前記接合部周りに前記一方側に回転した状態と、を交互に繰り返す振動モードであってもよい。
【００１２】
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させてもよい。
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、非接触速度計を用いて前記構造物の振動を測定してもよい。
この発明によれば、構造物に直接接触することなく振動速度の時間波形を取得することができる。
【００１３】
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、第一の非接触速度計、及び１台以上の第二の非接触速度計を用いて前記評価対象部又は前記評価対象変化部の所定位置における前記構造物の前記振動速度の時間波形を測定することと、１台以上の前記第二の非接触速度計で測定した前記評価対象部及び前記評価対象変化部における前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を前記第一の非接触速度計を用いて測定した前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化すること、を組にして複数回行い、前記第二の非接触速度計で測定し正規化された前記速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行ってもよい。
この発明によれば、衝撃力の大きさを測定することなく、大きさの異なる衝撃力を与えた振動であっても、正規化することで複数の速度スペクトル応答値等の処理を行うことができる。
また、上記の構造物の評価方法において、 前記スペクトル取得工程において、与えた前記衝撃力の大きさを測定することと、前記振動速度の時間波形を測定することと、前記振動速度の時間波形の速度スペクトル応答値を前記衝撃力の大きさで除して正規化することを組にして複数回行い、前記正規化した速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行ってもよい。
この発明によれば、大きさの異なる衝撃力を与えても、正規化することで複数の速度スペクトル応答値等の処理を行うことができる。
【００１４】
また、本発明の他の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させ、前記スペクトル取得工程において、与えた前記衝撃力の大きさを測定することと、前記振動速度の時間波形を測定することと、前記振動速度の時間波形の速度スペクトル応答値を前記衝撃力の大きさで除して正規化することを組にして複数回行い、前記正規化した速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行うことを特徴としている。
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも１つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。
また、大きさの異なる衝撃力を与えても、正規化することで複数の速度スペクトル応答値等の処理を行うことができる。
【００１５】
また、本発明の他の構造物の評価方法は、複数の評価対象部を有し、初期状態では複数の前記評価対象部の複数の諸元は互いに等しい構造物であり、評価状態では複数の前記評価対象部の少なくとも１つが複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することで評価対象変化部となったものを評価する構造物の評価方法であって、前記評価状態において、前記構造物の振動を測定して振動速度の時間波形を取得するとともに、前記振動速度の時間波形を振動数解析して振動数別スペクトルを取得するスペクトル取得工程と、前記振動数別スペクトルから固有振動数及び振動モードを特定する特定工程と、同一の前記振動モードの次数における前記評価対象部のみが振動する前記固有振動数と前記評価対象変化部のみが振動する前記固有振動数との差から、前記評価対象変化部の性能を評価する振動数比較工程と、を行い、前記スペクトル取得工程では、第一の非接触速度計、及び１台以上の第二の非接触速度計を用いて前記評価対象部又は前記評価対象変化部の所定位置における前記構造物の前記振動速度の時間波形を測定することと、１台以上の前記第二の非接触速度計で測定した前記評価対象部及び前記評価対象変化部における前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を前記第一の非接触速度計を用いて測定した前記振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化すること、を組にして複数回行い、前記第二の非接触速度計で測定し正規化された前記速度スペクトル応答値を組み合わせた速度スペクトル応答値集合体に対して、前記特定工程、及び前記振動数比較工程を行うことを特徴としている。
この発明によれば、評価対象部の複数の諸元の少なくとも１つが変化した評価対象変化部と評価対象部とでは、同一の振動モードの次数においても固有振動数が異なる。振動モードを選択することで、評価対象部が構造物の一部のような小型の部材であっても評価対象部及び評価対象変化部を感度良く評価することができる。
また、衝撃力の大きさを測定することなく、大きさの異なる衝撃力を与えた振動であっても、正規化することで複数の速度スペクトル応答値等の処理を行うことができる。
【００１６】
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、前記構造物に衝撃力を与えて前記構造物を振動させてもよい。
また、上記の構造物の評価方法において、前記スペクトル取得工程では、非接触速度計を用いて前記構造物の振動を測定してもよい。
この発明によれば、構造物に直接接触することなく振動速度の時間波形を取得することができる。
また、上記の構造物の評価方法において、複数の前記諸元の少なくとも１つが変化することは、前記評価対象部の厚さが薄くなることであってもよい。
一般的に、評価対象部は厚さが薄くなることで評価対象変化部となる。この発明によれば、評価対象部をより確実に評価することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の構造物の評価方法によれば、評価対象部が構造物全体に比べて小型の部材であっても評価対象部を感度良く評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態のベルトコンベアの評価方法に用いられる評価装置の概要を示す図である。
【図２】同ベルトコンベアの斜視図である。
【図３】同ベルトコンベアの側面図である。
【図４】同ベルトコンベアの梁材の斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態のベルトコンベアの評価方法を示すフローチャートである。
【図６】断面振動の振動モードの１つを説明する斜視図である。
【図７】断面振動の振動モードの他の１つを説明する斜視図である。
【図８】断面振動の振動モードの他の１つを説明する正面図である。
【図９】同ベルトコンベアの評価方法で取得される振動速度の時間波形の一例を示す図である。
【図１０】同ベルトコンベアの評価方法のスペクトル取得工程で取得した振動数別スペクトルの一例を示す図である。
【図１１】同ベルトコンベアの評価方法のスペクトル取得工程で取得された正規化した速度スペクトル応答値の一例を示す図である。
【図１２】梁片が振動する固有振動数で振動しているときの同ベルトコンベアの固有値解析結果を示す図である。
【図１３】薄肉梁片が振動する固有振動数で振動しているときの同ベルトコンベアの固有値解析結果を示す図である。
【図１４】同ベルトコンベアの評価方法で取得された正規化した速度スペクトル応答値の一例を示す図である。
【図１５】同ベルトコンベアの評価方法の振動数比較工程を示すフローチャートである。
【図１６】同ベルトコンベアの評価方法の振動数比較工程において仮定した薄肉板材の厚さによるＮＥの値の変化を示す図である。
【図１７】同梁片が横振動による振動モードで振動する状態の一例を示す図である。
【図１８】本発明の第２実施形態のベルトコンベアの評価方法に用いられる評価装置の概要を示す図である。
【図１９】同梁片の変形例の正面図である。
【図２０】同梁片の変形例の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る構造物の評価方法（以下、評価方法とも略称する）の第１実施形態を、構造物がベルトコンベア（ベルトコンベアのフレーム）である場合について図１から図１７を参照しながら説明する。
図１に、本評価方法に好適に用いられる評価装置１を示す。この評価装置１は、例えばベルトコンベア５０の性能を評価するものである。ここで言う性能とは、損傷等を意味する。
【００２０】
図２及び３に示すように、ベルトコンベア（構造物）５０は、水平面に平行な長手方向（基準方向）Ｘに延びる本体５１と、長手方向Ｘに所定の間隔をおいて配置され、本体５１を下方から支持する脚部５２とを備えている。
本体５１は、長手方向Ｘに延びる４本の軸状部材である梁材５４と、上下方向Ｚに離間して配置された一対の梁材５４を接続する上下接続部材（接続部材）５５、上下斜材（斜材）５６と、左右方向Ｙに離間して配置された一対の梁材５４を接続する左右接続部材（接続部材）５７、左右斜材（斜材）５８とを有している。
以降、上下接続部材５５あるいは左右接続部材５７、上下斜材５６あるいは左右斜材５８を単独で用いる場合は、上下あるいは左右を付けて記載し、上下接続部材５５、左右接続部材５７の双方を呼称する場合は接続部材と記載し、上下斜材５６、左右斜材５８の双方を呼称する場合は斜材と記載することに統一する。
【００２１】
本実施形態では、梁材５４は、図４に示すように、鋼材等によりそれぞれの長手方向Ｘの断面がＬ字形に形成されている。ベルトコンベア５０を長手方向Ｘに見たときに、４本の梁材５４は矩形の隅部となる位置にそれぞれ配置されている。各梁材５４の長さは、長手方向Ｘに隣り合う脚部５２のピッチ程度である。
【００２２】
図示はしないが、接続部材５５、５７、及び斜材５６、５８も、鋼材等によりそれぞれの長手方向の断面がＬ字形に形成されている。
上下接続部材５５は、図２及び３に示すように、上下方向Ｚに延びるとともに長手方向Ｘに互いに等しい間隔を開けて配置されている。上下接続部材５５は、図示しない溶接部やボルト等により梁材５４に固定されている。上下斜材５６は、１つの上下接続部材５５の上端部が梁材５４に固定されている部分と、この上下接続部材５５に長手方向Ｘに隣り合う他の上下接続部材５５の下端部が梁材５４に固定されている部分と、にそれぞれ固定されている。
【００２３】
左右接続部材５７、左右斜材５８は、上下接続部材５５、上下斜材５６と同様に構成されている。すなわち、左右接続部材５７は、左右方向Ｙに延びるとともに長手方向Ｘに互いに等しい間隔を開けて配置されている。左右接続部材５７は、図示しない溶接部やボルト等により梁材５４に固定されている。左右接続部材５７は、長手方向Ｘにおいて上下接続部材５５と同じ位置に配置されている。
左右斜材５８は、１つの左右接続部材５７の左右方向Ｙの一方の端部が梁材５４に固定されている部分と、この左右接続部材５７に長手方向Ｘに隣り合う他の左右接続部材５７の左右方向Ｙの他方の端部が梁材５４に固定されている部分と、にそれぞれ固定されている。
【００２４】
ここで、図３に示すように、梁材５４のうち接続部材５５、５７の端部により長手方向Ｘに区画されているものを梁片６０と称する。梁材５４の長手方向の中間部が接続部材５５、５７等により固定されていることで、梁材５４のうち固定されている部分の間に梁片６０が規定される。
各梁材５４は、両端部が接続部材５５、５７に固定されているとともに、長手方向Ｘの中間部が接続部材５５、５７、斜材５６、５８に固定されており、４本の梁材５４の諸元は互いに等しい。具体的には、４本の梁材５４の寸法（断面形状、長さ等）、材質（鉄か木材か等）、端部等の拘束条件（境界条件）は互いに等しい。材質が互いに等しいことで、４本の梁材５４の弾性係数や密度等が互いに等しくなる。
梁片６０は、両端部が接続部材５５、５７、斜材５６、５８に固定されている。
【００２５】
後述するように、この例では梁片６０が評価対象部である例を説明するため、ここで梁片６０の構成について図４を用いて説明する。
梁片６０は、例えば板材を折り曲げて、長手方向Ｘに延びる第一の板材６０ａの端部と第二の板材６０ｂの端部とを接合部６０ｃで接合した構成である。梁片６０はいわゆるアングル部材であり、第一の板材６０ａの厚さと第二の板材６０ｂの厚さとは等しい。接合部６０ｃは、長手方向Ｘに延びる。梁片６０は、ベルトコンベア５０の一部であって、ベルトコンベア５０全体に比べて小型の部材である。
【００２６】
各上下接続部材５５の諸元は互いに等しい。同様に、各上下斜材５６、各左右接続部材５７、各左右斜材５８の諸元は、それぞれ互いに等しい。
脚部５２の構成は特に限定されない。この例では、図２に示すように脚部５２はラーメン構造を斜材で補強したものである。なお、図１では脚部５２を簡略化して示している。
【００２７】
ベルトコンベア５０が製造された直後の初期状態では、ベルトコンベア５０が有する複数の梁片６０の複数の諸元は互いに等しい。具体的には、各梁片６０の長手方向Ｘの長さは互いに等しい。各梁片６０の第一の板材６０ａの厚さは互いに等しく、各梁片６０の第二の板材６０ｂの厚さは互いに等しい。
外部環境にベルトコンベア５０が直接晒された状態で初期状態から一定の期間が経過したとする。本評価方法を適用する評価状態では、ベルトコンベア５０の１つの梁片６０が腐食すること等で、図４に示す第一の板材６０ａ、第二の板材６０ｂの厚さが薄くなってそれぞれ第一の薄肉板材６０ａＡ、第二の薄肉板材６０ｂＡとなったと仮定する。このとき、梁片６０が薄肉梁片（評価対象変化部）６０Ａとなったとする。
なお、梁片６０の厚さが薄くなることで評価対象変化部である薄肉梁片６０Ａとなるとしたが、梁片６０に亀裂が入ることや梁片６０に孔が開くことで評価対象変化部になるとしてもよい。ただし、梁片６０の厚さが薄くなって薄肉梁片６０Ａとなった場合の方が後述する固有振動数が明確に変化するため、評価は容易である。
【００２８】
図１に示すように、この評価装置１は、衝撃力の大きさを測定する衝撃力計１１を有するハンマー１０と、ベルトコンベア５０の振動を測定するレーザードップラ速度計（非接触速度計、第二の非接触速度計）１２と、ベルトコンベア５０の振動を測定して得られた振動速度の時間波形を処理する制御部１３とを備えている。レーザードップラ速度計１２で振動を計測する部材と衝撃力計１１を有するハンマー１０で衝撃を与える部材とは、同一の部材であるものとする。
なお、衝撃力を与えるのはハンマー１０に限られず、レーザー波や音波によって衝撃力を与えてもよい。
衝撃力計１１は、制御部１３に接続されている。衝撃力計１１は、衝撃力の大きさの測定結果を制御部１３に送信する。
レーザードップラ速度計１２は、一点における振動速度の時間波形を測定可能な公知の構成のものを用いることができる。レーザードップラ速度計１２は、制御部１３に接続されている。レーザードップラ速度計１２は、検出した振動速度の時間波形を制御部１３に送信する。
なお、評価装置１が備えるレーザードップラ速度計１２の数は特に限定されない。また、レーザードップラ速度計は、線状の範囲における振動速度の時間波形を一度に計測可能なもの、面状の範囲における振動速度の時間波形を一度に計測可能なものを用いることが好ましい。
【００２９】
制御部１３は、図示はしないが演算素子、メモリ等を有している。メモリには、制御プログラム等が記憶されている。制御プログラムは、演算素子等に後述するスペクトル取得工程Ｓ１、特定工程Ｓ３、及び振動数比較工程Ｓ５を行わせるためのプログラムである。
制御部１３には、制御部１３に指示を出すためのキーボード等の入力部１５と、制御部１３で処理した結果等を表示するための液晶ディスプレイ等の表示部１６が接続されている。制御部１３、入力部１５、及び表示部１６は、パーソナルコンピュータ１７等で構成することができる。
【００３０】
次に、評価状態におけるベルトコンベア５０を評価する本実施形態の評価方法について説明する。図５は、本実施形態の評価方法を示すフローチャートである。以下の例では、評価状態において、複数の梁片６０の１つが薄肉梁片６０Ａとなっていると仮定する。
なお、梁片６０及び薄肉梁片６０Ａ等の振動モードには、各部材の長手方向に沿う方向に振動する縦振動、長手方向に直交する方向に振動する横振動等がある。以下では、発明者らが断面振動と名付けた振動モードに着目して説明を行う。
予め解析等を行うことで、アングル部材の寸法や材質による固有振動数及び振動モードの変化をデータベース（予め求めたデータベース）として求めておくことが好ましい。
【００３１】
この断面振動の振動モードは、図６に示すように、梁片６０及び薄肉梁片６０Ａの接合部６０ｃが移動しないで、梁片６０及び薄肉梁片６０Ａの接合部６０ｃ以外の部分が長手方向Ｘに直交する基準面Ｔ上で接合部６０ｃ周りに振動する振動モードである。このとき、梁片６０及び薄肉梁片６０Ａの両端部はそれぞれ固定されている。
なお、図６に示す振動モードは、断面振動の１つで、第一の板材６０ａ及び第二の板材６０ｂの長手方向Ｘの中央部が接合部６０ｃ周りの一方側Ｄ１に回転した状態Ｐ１と、第一の板材６０ａ及び第二の板材６０ｂの中央部が接合部６０ｃ周りの他方側Ｄ２に回転した状態Ｐ２と、を交互に繰り返す同位相の振動モードである。
【００３２】
一方で、断面振動の振動モードの他の１つは、図７及び８に示すように、第一の板材６０ａの中央部が接合部６０ｃの周りに一方側Ｄ１に回転するとともに第二の板材６０ｂの中央部が接合部６０ｃの周りに他方側Ｄ２に回転した状態Ｐ３と、第一の板材６０ａの中央部が接合部６０ｃの周りに他方側Ｄ２に回転するとともに第二の板材６０ｂの中央部が接合部６０ｃの周りに一方側Ｄ１に回転した状態と、を交互に繰り返す逆位相の振動モードである。
【００３３】
以下、本評価方法について説明する。
まず、スペクトル取得工程（図５に示すステップＳ１）において、実験を行うことで、評価状態において、ベルトコンベア５０の振動を測定して振動速度の時間波形を取得する。具体的には、図１及び４に示すように、レーザードップラ速度計１２が照射するレーザ光Ｌをベルトコンベア５０の位置Ｐ６に照射する。作業者がベルトコンベア５０をハンマー１０でたたく等してベルトコンベア５０に衝撃力を与えてベルトコンベア５０を振動させる。作業者がベルトコンベア５０をたたく部位は特に限定されず、梁片６０でもよいし、梁片６０以外の上下接続部材５５等でもよい。
衝撃力計１１は、衝撃力の大きさを測定し、測定した衝撃力の大きさを制御部１３に送信する。
レーザードップラ速度計１２はベルトコンベア５０に接触することなく図９に示す振動速度の時間波形Ｗ０を取得する。なお、図９の横軸は経過時間を表し、縦軸は振動速度を表す。
レーザードップラ速度計１２は、取得した振動速度の時間波形を制御部１３に送信する。すなわち、本実施形態では、スペクトル取得工程Ｓ１においてレーザードップラ速度計１２を用いてベルトコンベア５０の振動を測定する。
ベルトコンベア５０の位置Ｐ６の振動速度は、時間の経過とともに減衰する。
この場合の振動速度のうち絶対値が最大のものは、Ｖ０である。
【００３４】
次に、振動速度の時間波形を振動数解析して図１０に示す振動数別スペクトルを取得する。振動数解析には、公知のフーリエ変換等を用いることができる。図１０の横軸は振動数を表し、縦軸は振幅を表す。
【００３５】
制御部１３は、振動速度の時間波形Ｗ０の速度スペクトル応答値を衝撃力の大きさで除して正規化し、図９に示す正規化した速度スペクトル応答値に対応する振動速度の時間波形Ｗ１を算出する。ここで言う速度スペクトル応答値とは、振動速度の時間波形を振動解析して得られたものであり、例えば横軸が振動数、縦軸が応答値であるグラフとして表されるものを意味する。
正規化した速度スペクトル応答値、及び振動速度の時間波形Ｗ１は、制御部１３のメモリに記憶される。
振動速度の時間波形を取得したいベルトコンベア５０の位置、及び評価装置１が有するレーザードップラ速度計１２の数に応じて、レーザードップラ速度計１２を移動させレーザ光Ｌを照射する位置をずらす。例えばレーザ光Ｌを照射する位置を、図４に示す上下方向Ｚに沿った位置Ｐ７にずらしたり、長手方向Ｘに沿った位置Ｐ８にずらしたりする。各位置Ｐ７、Ｐ８にレーザ光Ｌを照射させた状態で作業者がベルトコンベア５０に衝撃力を与え、前述の処理を行う。
【００３６】
このように、スペクトル取得工程Ｓ１において、制御部１３が衝撃力の大きさを測定することと、振動速度の時間波形Ｗ０を測定することと、振動速度の時間波形Ｗ０の速度スペクトル応答値を衝撃力の大きさで除して正規化することを組にして複数回行う。ベルトコンベア５０の長手方向Ｘ等の異なる位置にレーザ光Ｌを照射して、前述の処理を複数回行う。
このとき、ベルトコンベア５０に与える衝撃力の大きさはハンマー１０でたたくごとに変化してもよいが、ベルトコンベア５０をハンマー１０でたたく位置はほぼ同じ場所であることが好ましい。
正規化した速度スペクトル応答値は、単位衝撃力当たりの速度スペクトル応答値であるため、作業者がベルトコンベア５０に与える衝撃力が変化しても、比較しやすい。
制御部１３では、正規化した速度スペクトル応答値を複数回分組み合わせて、速度スペクトル応答値集合体とする処理を行う。
【００３７】
次に、特定工程（ステップＳ３）において、制御部１３は、振動数別スペクトルにおける振動数の振幅のピークから、ベルトコンベア５０の梁材５４、上下接続部材５５、梁片６０等の各要素における固有振動数及び振動モードを特定する。
そして、例えば断面振動という同一の振動モードにおける梁片６０が振動する固有振動数ω１と薄肉梁片６０Ａが振動する固有振動数ω２とを求める。固有振動数ω１は、梁片６０の初期の厚さに対する固有振動数なので、予め求めたデータベースに登録された固有振動数である。これに対して、固有振動数ω２は厚さが薄くなった薄肉梁片６０Ａに対する固有振動数なので、予め求めたデータベースに登録されていない。
【００３８】
図１１に、梁片６０の第一の板材６０ａの各位置における、正規化した速度スペクトル応答値を示す。矢印の長さが長いほど、正規化した速度スペクトル応答値が大きいことを表す。振動速度の時間波形を取得する位置を、前述のように位置Ｐ１から、位置Ｐ２、３等とずらし、振動速度の時間波形から速度スペクトルを求め衝撃力の大きさで除して正規化した。なお、この断面振動の振動モードは後述する１次のモードである。
梁片６０の長手方向Ｘの両端部は固定されているため、正規化した速度スペクトル応答値は両端部において０になっていることが分かる。梁片６０の接合部６０ｃは移動せず、第一の板材６０ａの長手方向Ｘの中央部が接合部６０ｃの周りに移動していることが分かる。正規化した速度スペクトル応答値は、接合部６０ｃから離間するにしたがって大きくなり、第一の板材６０ａの自由端で最大となる。
【００３９】
一般的に板材６０ａ、６０ｂの厚さが薄くなることで、薄肉梁片６０Ａの固有振動数は梁片６０の固有振動数よりも小さくなる。固有振動数ω１では、梁片６０のみが振動し、ベルトコンベア５０における梁片６０以外の部材は振動しない。固有振動数ω２では、薄肉梁片６０Ａのみが振動し、ベルトコンベア５０における薄肉梁片６０Ａ以外の部材は振動しない。予め求めたデータベースに登録されていない固有振動数を検出し、検出した固有振動数に対する位置を特定することで、ベルトコンベア５０における薄肉梁片６０Ａの位置を特定する。
【００４０】
図１２に、ベルトコンベア５０を梁片６０が振動する固有振動数ω１で振動しているときの固有値解析結果を示す。ベルトコンベア５０の板材６０ａ、６０ｂの各位置における正規化した速度スペクトル応答値を幅Ｌ１、Ｌ２としてそれぞれ表す。板材６０ａ、６０ｂの各位置における振動速度は、比較的大きいことが分かった。
一方で、この固有振動数ω１では、薄肉梁片６０Ａの薄肉板材６０ａＡ、６０ｂＡの各位置は、振動しないことが分かった。
図１３に、ベルトコンベア５０を薄肉梁片６０Ａが振動する固有振動数ω２で振動しているときの固有値解析結果を示す。ベルトコンベア５０の薄肉板材６０ａＡ、６０ｂＡの各位置における正規化した速度スペクトル応答値を幅Ｌ３、Ｌ４としてそれぞれ表す。薄肉板材６０ａＡ、６０ｂＡの各位置における振動速度は、比較的大きいことが分かった。一方で、この固有振動数ω２では、梁片６０の板材６０ａ、６０ｂの各位置は、振動しないことが分かった。
【００４１】
図１４に、第一の板材６０ａの自由端である位置Ｐ６（図４参照）における正規化した速度スペクトル応答値を表す。図１４の横軸は第一の板材６０ａの長手方向の位置を表し、縦軸は図１１に示す梁片６０の長手方向Ｘにおける正規化した速度スペクトル応答値を表す。梁片６０の長手方向Ｘの両端部は固定されているため、両端部における絶対値が最大となる振動速度を正規化した値はほぼ０になっている。
断面振動の振動モードには、○印で示した１次のモードだけでなく、□印で示した２次のモード、及び△印で示した３次のモードがあることが分かった。
【００４２】
なお、ベルトコンベア５０において、例えば上下接続部材５５のみが振動する横振動等の振動モードがあり、上下接続部材５５の厚さが薄くなった部材のみが振動する横振動等の振動モードがあるとする。この場合、特定工程Ｓ３において、振動数別スペクトルから上下接続部材５５に対する固有振動数と、横振動である振動モードを特定することになる。
このように、梁片６０及び上下接続部材５５等のようなベルトコンベア５０全体に比べて短い小型の部材の固有振動数ω１、ω２は、図１１に示すように１００Ｈｚ以上である。これに対して、梁材５４のようなベルトコンベア５０全体の寸法に近い比較的長い部材の固有振動数ω３、ω４は、一般的に数Ｈｚ〜数１０Ｈｚ程度である。固有振動数ω３、ω４に相当する１００Ｈｚ程度以下の固有振動数は、構造物を構成する比較的短い小型の部材の局所的な損傷に対する感度が著しく悪く、その構造物全体が相当に損傷しない場合は固有振動数が変化しにくい。
【００４３】
次に振動数比較工程（ステップＳ５）において、同一の振動モードにおける梁片６０の固有振動数ω１と薄肉梁片６０Ａの固有振動数ω２との差から、薄肉梁片６０Ａの性能（損傷）を定量的に評価する。ここで言う同一の振動モードとは、横振動、断面振動等といった振動モードが同一であるだけでなく、断面振動の１次のモード、断面振動の２次のモード等といった振動モードの次数も同一であることを意味する。
【００４４】
振動数比較工程Ｓ５における工程を、図１５のフローチャートを用いて説明する。振動数比較工程Ｓ５における工程は、実験における工程と解析における工程とに分けられる。例えば、板材６０ａ、６０ｂの厚さは、それぞれ６．０ｍｍとして説明する。
まず、ステップＳ１１において、解析において、公知の振動数解析プログラムを用いて解析モデルを作成する。ここではベルトコンベア５０全体の解析モデルを作成する。なお、薄肉梁片６０Ａだけの解析モデルを作成してもよい。このとき、特定工程Ｓ３で特定した断面振動の振動モードの固有振動数ω２を表現できる解析モデルを作成する。
次に、ステップＳ１３において、薄肉板材６０ａＡ、６０ｂＡの厚さｔｄを例えば６．０ｍｍと仮定する。このとき、特定工程Ｓ３で特定した薄肉梁片６０Ａの位置を用いる。
次に、ステップＳ１５において、振動数解析プログラムを用いて解析モデルの固有振動数を算出する。
【００４５】
次に、ステップＳ１７において、仮定した薄肉板材６０ａＡ、６０ｂＡの厚さｔｄに対するＣＳＭＬＦ（Cross Sectional Mode based Local Flexibility matrix）ａｎａを算出する。ＣＳＭＬＦａｎａは、ベルトコンベア５０に対する公知の柔性行列Ｆの一部の要素である。ここで、まず柔性行列Ｆについて説明する。
柔性行列Ｆの一般的な定義として、（１）式のベクトル方程式を用いて説明する。
Ｐ＝Ｋｘ  ・・（１）
ここで、Ｐは各節点（自由度）における外力ベクトル、Ｋは剛性行列、ｘは各節点の独立変位を表す変位ベクトルである。
（１）式を変形して（２）式のように表したときのＫ−１、すなわち、剛性行列Ｋの逆行列が、柔性行列Ｆである。
ｘ＝Ｋ−１Ｐ＝ＦＰ  ・・（２）
柔性行列Ｆは、（３）式のように表される。
【００４６】
【数１】
0006601267.tif 000002
【００４７】
ここで、φはモード形状マトリックス、ωは固有振動数マトリックスである。φｊｉはｉ次モードにおけるｊ節点のモード振幅、ωｉはｉ番目のモードの固有振動数である。Ｎは自由度である。
今回は、主に卓越する３次のモードまで評価することにしたため、柔性行列Ｆの一部の要素であるＣＳＭＬＦａｎａは（４）式のようになる。
【００４８】
【数２】
0006601267.tif 000003
【００４９】
このように、解析を行うことにより、薄肉梁片６０ＡのＣＳＭＬＦａｎａを算出する。
一方で、実験を行って特定工程Ｓ３で特定された固有振動数及び振動モードから同様に薄肉梁片６０ＡのＣＳＭＬＦｅｘｐを算出しておく。
次に、ステップＳ１９において、（５）式で規定されるＮＥの値が、予め定められた許容誤差（許容値）Ｖ１以下か否かを判断する。
【００５０】
【数３】
0006601267.tif 000004
【００５１】
ＮＥの値は、ＣＳＭＬＦａｎａとＣＳＭＬＦｅｘｐとの差の大きさをＣＳＭＬＦｅｘｐの大きさで除した値である。ＮＥの値が許容誤差Ｖ１以下でありステップＳ１９でＹＥＳと判断したときに、仮定した薄肉梁片６０Ａの厚さを、測定した薄肉梁片６０Ａの厚さと推定する。すなわち、測定した薄肉梁片６０Ａの厚さが６．０ｍｍであると推定する。
そして、振動数比較工程Ｓ５を終了し、本評価方法の全ての工程を終了する。
ここで、許容誤差Ｖ１は０．００１〜０．１が好ましい。
【００５２】
一方で、ＮＥの値が許容誤差Ｖ１よりも大きくステップＳ１９でＮＯと判断したときには、ステップＳ１３に移行し薄肉板材６０ａＡ、６０ｂＡの厚さｔｄを変化させる。例えば、より小さい値の５．５ｍｍに仮定する。
ステップＳ１５、１７を行い、ステップＳ１９でＹＥＳと判断されるまでステップＳ１５、１７、１９を繰り返す。図１６に示すように、仮定する薄肉梁片６０Ａの厚さを変化させ、ＮＥの値と許容誤差Ｖ１とを比較していく。
このように、本実施形態では正規化した速度スペクトル応答値集合体に対して、特定工程Ｓ３、及び振動数比較工程Ｓ５の処理を行う。
【００５３】
梁材５４全体が振動する固有振動数を測定しても、固有振動数が１００Ｈｚ程度よりも小さいため、たとえ損傷しても固有振動数の変化が小さくて感度が悪いために、梁材５４における厚さが薄くなった（損傷した）位置を特定することはできない。梁材５４を複数に分割した梁片６０の固有振動数を測定することで、梁片６０が薄くなり薄肉梁片６０Ａとなった位置を特定し、薄肉梁片６０Ａの損傷を評価することができる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態の評価方法によれば、梁片６０の複数の諸元の１つである厚さが薄くなった薄肉梁片６０Ａと梁片６０とでは、同一の断面振動の次数においても固有振動数が異なる。振動モードとして断面振動を選択することで、梁片６０がベルトコンベア５０の一部のようなベルトコンベア５０全体に比べて小型の部材であっても梁片６０及び薄肉梁片６０Ａを感度良く評価することができる。
特定工程Ｓ３で特定する固有振動数は１００Ｈｚ以上である。ベルトコンベア５０全体に比べて小型の部材の固有振動数は１００Ｈｚ以上になる。１００Ｈｚ以上の固有振動数を特定することで、梁片６０が小型の部材であっても梁片６０を評価することができる。
【００５５】
梁片６０の諸元のうち梁片６０の板材６０ａ、６０ｂの厚さが薄くなる。厚さの変化は固有振動数の変化として検出しやすいため、梁片６０をより確実に評価することができる。
振動数比較工程Ｓ７では、ＮＥの値が許容誤差Ｖ１以下になったときに仮定した評価対象変化部の厚さを、測定した薄肉梁片６０Ａの厚さと推定する。したがって、測定した薄肉梁片６０Ａの厚さを定量的に求めることができる。
【００５６】
梁片６０を断面振動の振動モードで評価することで、評価対象部である梁片６０が梁材５４の長手方向Ｘの一部であっても、梁片６０の厚さが薄くなった薄肉梁片６０Ａの位置を特定することができる。
スペクトル取得工程Ｓ１では、非接触速度計を用いてベルトコンベア５０の振動を測定することで、ベルトコンベア５０に直接接触することなく振動速度の時間波形を取得することができる。作業者が容易に近づけない高所、高温の場所でも容易に振動速度の時間波形を取得することができる。
振動速度の時間波形Ｗ０の速度スペクトル応答値を衝撃力の大きさで除して正規化する。したがって、大きさの異なる衝撃力を与えた振動速度の時間波形Ｗ０であっても、正規化することでスペクトル取得工程Ｓ１等を行うことができる。
【００５７】
なお、本実施形態では振動数比較工程Ｓ５において、仮定した薄肉板材６０ａＡ、６０ｂＡの厚さｔｄを変化させていき、ＮＥの値が最小値になったときの薄肉板材６０ａＡ、６０ｂＡの厚さｔｄを測定した薄肉梁片６０Ａの厚さと推定してもよい。
ＣＳＭＬＦａｎａ、ＣＳＭＬＦｅｘｐに代えて、解析により算出した柔性行列である解析柔性行列Ｆａｎａ、実験により算出した柔性行列である測定柔性行列Ｆｅｘｐをそれぞれ算出し用いてもよい。解析柔性行列Ｆａｎａ及び測定柔性行列Ｆｅｘｐは、薄肉梁片６０Ａのものであるとしたが、ベルトコンベア５０全体のものであるとしてもよい。
振動数比較工程Ｓ５において、梁片６０の固有振動数ω１と薄肉梁片６０Ａの固有振動数ω２との差から、例えば、固有振動数の差が大きいほど、薄肉梁片６０Ａの厚さが薄いと定性的に薄肉梁片６０Ａの性能を評価してもよい。
【００５８】
振動数比較工程Ｓ５における同一の振動モードとして梁片６０及び薄肉梁片６０Ａの断面振動を用いたが、振動モードはこれに限定されず、図１７に示す横振動による振動モードや、縦振動による振動モードでもよい。横振動では、梁片６０及び薄肉梁片６０Ａは、長手方向の両端部がそれぞれ固定された状態で長手方向の中央部が弦のように振動する。
横振動は、接続部材５５、５７、及び斜材５６、５８の評価に適する。横振動で振動するときには、特定工程で特定する固有振動数は３０Ｈｚ以上であることが好ましい。
また、レーザードップラ速度計１２で振動を計測する部材と衝撃力計１１を有するハンマー１０で衝撃を与える部材とは同一の部材であるものとしたが、計測部材または衝撃入力部材がそれぞれ異なっていてもよい。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１８を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１８に、本評価方法に好適に用いられる評価装置２を示す。
この評価装置２は、第１実施形態の評価装置１の衝撃力計１１、制御部１３に代えて、基準レーザードップラ速度計（第一の非接触速度計）２１、制御部２２を備えている。
基準レーザードップラ速度計２１は、公知の構成のものを用いることができる。基準レーザードップラ速度計２１は、制御部２２に接続されている。基準レーザードップラ速度計２１は、検出した振動速度の時間波形を制御部２２に送信する。
制御部２２は、前述の制御部１３に対してメモリに記憶されている制御プログラムが異なる。
【００６０】
次に、評価状態におけるベルトコンベア５０を評価する本実施形態の評価方法について説明する。
まず、スペクトル取得工程（図５に示すステップＳ３１）において、基準レーザードップラ速度計２１及びレーザードップラ速度計１２を用いてベルトコンベア５０の振動を複数回測定する。このとき、レーザードップラ速度計１２、２１で振動を計測する部材とハンマー１０で衝撃を与える部材とは同一の部材であるものとする。
【００６１】
具体的には、レーザードップラ速度計１２、２１を配置してベルトコンベア５０をハンマー１０でたたき、基準レーザードップラ速度計２１を用いて梁片６０又は薄肉梁片６０Ａの所定位置Ｐ１０における振動速度の時間波形を測定する。レーザードップラ速度計１２を用いて、梁片６０及び薄肉梁片６０Ａにおける振動速度の時間波形Ｗ０を測定する。
基準レーザードップラ速度計２１は測定した振動速度の時間波形を、レーザードップラ速度計１２は測定した振動速度の時間波形Ｗ０を制御部２２にそれぞれ送信する。制御部２２は、第１実施形態と同様に、レーザードップラ速度計１２で測定した振動速度の時間波形Ｗ０を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値を、基準レーザードップラ速度計２１で測定した振動速度の時間波形を振動数解析して得られた速度スペクトル応答値で除して正規化する。正規化された速度スペクトル応答値は、制御部２２のメモリに記憶される。
【００６２】
基準レーザードップラ速度計２１は移動させずに、レーザードップラ速度計１２を所望の位置に移動させる。ベルトコンベア５０をハンマー１０でたたき、前述の処理と同様に、基準レーザードップラ速度計２１を用いて梁片６０又は薄肉梁片６０Ａの所定位置Ｐ１０における振動速度の時間波形を測定する。レーザードップラ速度計１２を用いて、梁片６０及び薄肉梁片６０Ａにおける振動速度の時間波形Ｗ０を測定する。同様に正規化された速度スペクトル応答値は、制御部２２のメモリに記憶される。
【００６３】
このようにスペクトル取得工程Ｓ３１において、レーザードップラ速度計１２、２１を用いて振動速度の時間波形を測定することと、速度スペクトル応答値を正規化することを組にして複数回行う。ベルトコンベア５０の長手方向Ｘ等の異なる位置にレーザードップラ速度計１２のレーザ光Ｌを照射して、前述の処理を複数回行う。
本実施形態では、ベルトコンベア５０をハンマー１０でたたくが、衝撃力の大きさは測定しない。
制御部２２は、正規化された速度スペクトル応答値を組み合わせて、速度スペクトル応答値集合体とする処理を行う。そして、速度スペクトル応答値集合体に対して、前述の特定工程Ｓ３、及び振動数比較工程Ｓ５を行う。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の評価方法によれば、梁片６０がベルトコンベア５０全体に比べて小型の部材であっても梁片６０を感度良く評価することができる。
また、衝撃力の大きさを測定することなく、大きさの異なる衝撃力を与えた振動速度の時間波形Ｗ０であっても、正規化することで複数の速度スペクトル等の処理を行うことができる。
本評価方法では、衝撃力の大きさを測定する必要がないため、超音波レーザーや音波等の直接打撃以外の方法によって振動を発生させた場合にも適用できる。
【００６５】
なお、本実施形態では評価装置２が１台のレーザードップラ速度計１２を備えるとしたが、評価装置２が２台以上のレーザードップラ速度計１２を備えるとしてもよい。
また、本実施形態ではレーザードップラ速度計１２、２１での計測部材とハンマー１０での衝撃を与える部材とは同一の部材であるとしたが、計測部材または衝撃入力部材がそれぞれ異なっていてもよい。
【００６６】
以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第１実施形態及び第２実施形態では、梁片６０等はアングル部材で形成されるとしたが、梁片６０の構成はこれに限定されない。
例えば、図１９に示すように、梁片６５が第一の板材６５ａ、第二の板材６５ｂ、第三の板材６５ｃが接合部６５ｄ、６５ｅで接合されることで、いわゆるチャンネル部材として構成されてもよい。この場合、断面振動においては接合部６５ｄ、６５ｅは移動しないで、板材６５ａ、６５ｂ、６５ｃが図中に矢印で示したように振動する。
【００６７】
また、図２０に示すように、梁片６７が第一の板材６７ａ、第二の板材６７ｂ、第三の板材６７ｃが接合部６７ｄ、６７ｅで接合されることで、いわゆるＨ形鋼として構成されてもよい。この場合、断面振動においては接合部６７ｄ、６７ｅは移動しないで、板材６７ａ、６７ｂ、６７ｃが図中に矢印で示したように振動する。
【００６８】
前記第１実施形態及び第２実施形態では、評価対象部が梁片６０であるとしたが、ベルトコンベア５０における評価対象部は特に限定されず、上下接続部材５５、上下斜材５６、左右接続部材５７、ならびに左右斜材５８等でもよい。
非接触速度計がレーザードップラ速度計１２であるとした。しかし、非接触速度計はレーザードップラ速度計１２に限定されず、他の方式による非接触速度計でもよい。
振動速度の時間波形Ｗ０を１回しか測定しない場合には、振動速度の時間波形Ｗ０を正規化しなくてよい。１回測定した振動速度の時間波形Ｗ０に対して、特定工程、及び振動数比較工程を行う。
構造物はベルトコンベア５０であるとしたが、構造物はベルトコンベア５０に限定されず、配管架台、ラーメン構造の建築物や橋梁等でもよい。
振動速度の時間波形を取得するのに、非接触速度計に代えて接触式の速度計を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１２  レーザードップラ速度計（非接触速度計、第二の非接触速度計）
２１  基準非接触速度計（第一の非接触速度計）
５０  ベルトコンベア（構造物）
６０、６５、６７  梁片（評価対象部）
６０ａ、６５ａ、６７ａ  第一の板材
６０Ａ  薄肉梁片（評価対象変化部）
６０ｂ、６５ｂ、６７ｂ  第二の板材
６０ｃ、６５ｄ、６７ｄ  接合部
Ｄ１  一方側
Ｄ２  他方側
Ｓ１  スペクトル取得工程
Ｓ３  特定工程
Ｓ５  振動数比較工程
ｔｄ  厚さ
Ｔ    基準面
Ｖ１  許容誤差（許容値）
Ｗ０  振動速度の時間波形
Ｘ    長手方向（基準方向）
ω１、ω２  固有振動数
【図１】
0006601267.tif 000005
【図２】
0006601267.tif 000006
【図３】
0006601267.tif 000007
【図４】
0006601267.tif 000008
【図５】
0006601267.tif 000009
【図６】
0006601267.tif 000010
【図７】
0006601267.tif 000011
【図８】
0006601267.tif 000012
【図９】
0006601267.tif 000013
【図１０】
0006601267.tif 000014
【図１１】
0006601267.tif 000015
【図１２】
0006601267.tif 000016
【図１３】
0006601267.tif 000017
【図１４】
0006601267.tif 000018
【図１５】
0006601267.tif 000019
【図１６】
0006601267.tif 000020
【図１７】
0006601267.tif 000021
【図１８】
0006601267.tif 000022
【図１９】
0006601267.tif 000023
【図２０】
0006601267.tif 000024