(57)【要約】【課題】不安定振動の予測解析装置及び不安定振動の試験装置において、処理時間の短縮化及び処理精度の向上を図る。【解決手段】解析媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部１１と、ランダム波形入力部１１から入力されたランダム波形をＣＦＤ非定常解析するＣＦＤ非定常解析部１２と、ＣＦＤ非定常解析部１２による解析結果に基づいてコヒーレンスを含む伝達関数を算出する伝達関数算出部１３と、伝達関数算出部１３が算出したコヒーレンスに基づいて解析精度を評価する解析評価部１７と、解析評価部１７の評価結果に基づいてコヒーレンスを用いてランダム波形入力部１１が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部１８とを設ける。【選択図】図１
2017027209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部と、
前記ランダム波形入力部から入力されたランダム波形をＣＦＤ非定常解析するＣＦＤ非定常解析部と、
前記ＣＦＤ非定常解析部による解析結果に基づいてコヒーレンスを含む伝達関数を算出する伝達関数算出部と、
前記伝達関数算出部が算出した前記コヒーレンスに基づいて解析精度を判定する解析評価部と、
前記解析評価部の評価結果に基づいて前記コヒーレンスを用いて前記ランダム波形入力部が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部と、
を備えることを特徴とする不安定振動の解析装置。
【請求項２】
前記伝達関数算出部は、伝達関数として応答倍率と位相と前記コヒーレンスを算出し、前記解析評価部は、前記コヒーレンスが予め設定された評価値以上であると解析精度が高いと判定し、前記コヒーレンスが前記評価値未満であると解析精度が低いと判定し、前記ランダム波形補正部は、前記コヒーレンスが予め設定された前記評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅を大きく補正することを特徴とする請求項１に記載の不安定振動の解析装置。
【請求項３】
前記評価値は、周波数に対するコヒーレンスの変化に対して変化率の大きい変曲点でのコヒーレンスの値に設定することを特徴とする請求項２に記載の不安定振動の解析装置。
【請求項４】
解析媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部と、
前記ランダム波形入力部から入力されたランダム波形をＣＦＤ非定常解析するＣＦＤ非定常解析部と、
前記ＣＦＤ非定常解析部による解析結果に基づいて伝達関数として応答倍率と位相とコヒーレンスを算出する伝達関数算出部と、
前記伝達関数算出部により算出された伝達関数に基づいて流体特性として流体付加質量と流体付加剛性と流体付加減衰を算出する流体特性算出部と、
前記流体特性算出部が算出した前記流体付加減衰に基づいて不安定振動を判定する不安定振動判定部と、
前記伝達関数算出部が算出した前記コヒーレンスに基づいて解析精度を判定する解析評価部と、
前記解析評価部の評価結果に基づいて前記コヒーレンスを用いて前記ランダム波形入力部が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部と、
を備えることを特徴とする不安定振動の予測解析装置。
【請求項５】
試験媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部と、
前記試験媒体に作用する振動を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて伝達関数として応答倍率と位相とコヒーレンスを算出する伝達関数算出部と、
前記伝達関数算出部により算出された伝達関数に基づいて流体特性として流体付加質量と流体付加剛性と流体付加減衰を算出する流体特性算出部と、
前記流体特性算出部が算出した前記流体付加減衰に基づいて不安定振動を判定する不安定振動判定部と、
前記伝達関数算出部が算出した前記コヒーレンスに基づいて解析精度を判定する解析評価部と、
前記解析評価部の評価結果に基づいて前記コヒーレンスを用いて前記ランダム波形入力部が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部と、
を備えることを特徴とする不安定振動の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、流体による部材の不安定振動を予測解析する解析精度を評価する不安定振動の解析装置、不安定振動の解析装置を用いた不安定振動の予測解析装置、流体による部材の不安定振動を試験によって求める不安定振動の試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、開閉弁における弁体や回転体におけるブレードなどの隙間流れによる不安定振動を予測する場合、移動境界法によるＣＦＤ解析（動的に解析のメッシュを設定）を実施することが一般的であり、この移動境界法に、単一周波数の正弦波を用いている。このようなＣＦＤ解析としては、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
ところが、ＣＦＤ非定常解析に用いる移動境界法に単一周波数の正弦波を用いる場合、周波数ごとの流体特性を把握するため、周波数を固定した多数の解析が必要となり、周波数特性を取得するには膨大な時間が必要であった。そこで、ＣＦＤ非定常解析に用いる移動境界法にて、単一周波数の正弦波に代えて、様々な周波数成分を含むランダム波形を用いることが考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７４９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ＣＦＤ非定常解析に用いる移動境界法にランダム波形を用いる場合、周波数間の流れ場が影響し合う非線形性の問題により周波数ごとの特性を一度に取得するのが困難であり、解析精度が低下してしまう。例えば、単一周波数の正弦波をランダム波形に単純に置き換えた場合、ランダム波形は、単一正弦波に比べて他の周波数の影響が大きくなり、解析ノイズも大きくなってしまう。また、ランダム波形を単純にスペクトル特性が一定な白色雑音（ホワイトノイズ）とした場合、周波数によっては短時間の解析で正しい結果が得られない場合がある。例えば、流体が水の場合、低周波での応答倍率が小さくなるので、長時間の解析が必要となってしまう。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、処理時間の短縮化及び処理精度の向上を図る不安定振動の解析装置と不安定振動の予測解析装置及び試験装置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】
上記の目的を達成するための本発明の不安定振動の解析装置は、媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部と、前記ランダム波形入力部から入力されたランダム波形をＣＦＤ非定常解析するＣＦＤ非定常解析部と、前記ＣＦＤ非定常解析部による解析結果に基づいてコヒーレンスを含む伝達関数を算出する伝達関数算出部と、前記伝達関数算出部が算出した前記コヒーレンスに基づいて解析精度を判定する解析評価部と、前記解析評価部の評価結果に基づいて前記コヒーレンスを用いて前記ランダム波形入力部が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
従って、媒体に対してランダム波形を入力してＣＦＤ非定常解析し、その解析結果に基づいてコヒーレンスを含む伝達関数を算出し、このコヒーレンスに基づいて解析精度を評価した後、解析精度に基づいてランダム波形を補正することとなる。そのため、ランダム波形を使用することで、解析時間を短縮することができ、また、コヒーレンスを用いてランダム波形を補正することで、解析精度を向上することができる。
【０００９】
本発明の不安定振動の解析装置では、前記伝達関数算出部は、伝達関数として応答倍率と位相と前記コヒーレンスを算出し、前記解析評価部は、前記コヒーレンスが予め設定された評価値以上であると解析精度が高いと判定し、前記コヒーレンスが前記評価値未満であると解析精度が低いと判定し、前記ランダム波形補正部は、前記コヒーレンスが予め設定された前記評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅を大きく補正することを特徴としている。
【００１０】
従って、コヒーレンスが評価値未満であって解析精度が低いと判定すると、コヒーレンスが評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅を大きく補正するため、入力と出力の相関性を考慮してランダム波形を補正することで、適正の周波数帯域のランダム波形を補正することができ、また、ランダム波形の振幅を大きく補正することで、適正に相関性を向上して解析精度を確保しつつ、解析時間を短縮することができる。
【００１１】
本発明の不安定振動の予測解析装置では、前記評価値は、周波数に対するコヒーレンスの変化に対して変化率の大きい変曲点でのコヒーレンスの値に設定することを特徴としている。
【００１２】
従って、評価値を適正に設定することができる。
【００１３】
また、本発明の不安定振動の予測解析装置は、解析媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部と、前記ランダム波形入力部から入力されたランダム波形をＣＦＤ非定常解析するＣＦＤ非定常解析部と、前記ＣＦＤ非定常解析部による解析結果に基づいて伝達関数として応答倍率と位相とコヒーレンスを算出する伝達関数算出部と、前記伝達関数算出部により算出された伝達関数に基づいて流体特性として流体付加質量と流体付加剛性と流体付加減衰を算出する流体特性算出部と、前記流体特性算出部が算出した前記流体付加減衰に基づいて不安定振動を判定する不安定振動判定部と、前記伝達関数算出部が算出した前記コヒーレンスに基づいて解析精度を判定する解析評価部と、前記解析評価部の評価結果に基づいて前記コヒーレンスを用いて前記ランダム波形入力部が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
従って、ランダム波形を使用することで、解析時間を短縮することができ、また、コヒーレンスを用いてランダム波形を補正することで、解析精度を向上することができると共に、解析媒体の不安定振動を適正に判定することができる。
【００１５】
また、本発明の不安定振動の試験装置は、試験媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部と、前記試験媒体に作用する振動を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて伝達関数として応答倍率と位相とコヒーレンスを算出する伝達関数算出部と、前記伝達関数算出部により算出された伝達関数に基づいて流体特性として流体付加質量と流体付加剛性と流体付加減衰を算出する流体特性算出部と、前記流体特性算出部が算出した前記流体付加減衰に基づいて不安定振動を判定する不安定振動判定部と、前記伝達関数算出部が算出した前記コヒーレンスに基づいて解析精度を判定する解析評価部と、前記解析評価部の評価結果に基づいて前記コヒーレンスを用いて前記ランダム波形入力部が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
従って、ランダム波形を使用することで、試験時間を短縮することができ、また、コヒーレンスを用いてランダム波形を補正することで、試験精度を向上することができると共に、解析媒体の不安定振動を適正に判定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の不安定振動の解析装置と不安定振動の予測解析装置及び試験装置によれば、媒体のコヒーレンスに基づいて解析精度を判定し、その解析精度に基づいてコヒーレンスを用いてランダム波形を補正するので、処理時間を短縮することができると共に、処理精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態の不安定振動の予測解析装置を表す概略構成図である。
【図２】図２は、解析媒体に対する不安定振動の予測解析の非定常解析モデルを表す概略図である。
【図３】図３は、不安定振動の予測解析装置による処理方法を表すグラフである。
【図４】図４は、初期のランダム波形を表すグラフである。
【図５】図５は、一次補正したランダム波形を表すグラフである。
【図６】図６は、二次補正したランダム波形を表すグラフである。
【図７】図７は、周波数に対する移動境界変位を表すグラフである。
【図８】図８は、周波数に対するコヒーレンスを表すグラフである。
【図９】図９は、周波数に対する流体付加減衰を表すグラフである。
【図１０】図１０は、不安定振動の予測解析装置による処理の流れを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る不安定振動の予測解析装置及び不安定振動の試験装置の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００２０】
開閉弁における弁体や回転体におけるブレードなど（以下、解析媒体）の隙間流れによる不安定振動を予測する場合、移動境界法によるＣＦＤ解析を実施することが一般的である。本実施形態では、ＣＦＤ非定常解析に用いる移動境界法にて、従来から用いていた単一周波数の正弦波に代えて、様々な周波数成分を含むランダム波形を用いている。
【００２１】
ところが、ＣＦＤ非定常解析に用いる移動境界法にランダム波形を用いる場合、解析精度が低下してしまうという問題がある。このランダム波形は、単一正弦波に比べて他の周波数の影響が大きくなり、解析ノイズも大きくなる。そこで、本実施形態では、正しい解析結果が得られているかの指標に伝達関数としてのコヒーレンス（相関性）を利用することで、解析結果に対して高い判定精度が得られる。また、ランダム波形を単純にスペクトル特性が一定な白色雑音（ホワイトノイズ）とした場合、周波数によっては短時間の解析で正しい結果が得られない場合がある。例えば、流体が水の場合、低周波での応答倍率が小さくなるので、長時間の解析が必要となってしまう。そこで、全ての周波数帯域で同じエネルギーを持ったランダム波形を流体の非線形モデルに入力し、得られる流体応答波形で相関性がない周波数帯域を特定し、相関性がない周波数帯域で周波数成分が大きいランダム波形を再生成することで、解析時間を比較的短くすることができる。
【００２２】
図１は、本実施形態の不安定振動の予測解析装置を表す概略構成図、図２は、解析媒体に対する不安定振動の予測解析の非定常解析モデルを表す概略図である。
【００２３】
本実施形態の不安定振動の予測解析装置は、ランダム波形入力部１１と、ＣＦＤ非定常解析部１２と、伝達関数算出部１３と、流体特性算出部１４と、不安定振動判定部１５と、出力部１６と、解析評価部１７と、ランダム波形補正部１８とを備えている。
【００２４】
ランダム波形入力部１１は、解析媒体に対してランダム波形（ホワイトノイズ）を入力するものである。ＣＦＤ非定常解析部１２は、ランダム波形入力部１１から入力されたランダム波形をＣＦＤ非定常解析することで、流体荷重を出力するものである。伝達関数算出部１３は、ＣＦＤ非定常解析部１２による解析結果に基づいて伝達関数を算出するものである。流体特性算出部１４は、伝達関数算出部１３により算出された伝達関数に基づいて流体特性を算出するものである。不安定振動判定部１５は、流体特性算出部１４が算出した流体特性に基づいて不安定振動を判定するものである。また、解析評価部１７は、伝達関数算出部１３が算出したコヒーレンスに基づいて解析精度を判定するものである。ランダム波形補正部１６は、解析評価部１７の解析結果に基づいてランダム波形入力部１１が入力するランダム波形を補正するものである。そして、出力部１６は、不安定振動判定部１５の判定結果と解析評価部１７の解析結果を出力するものである。
【００２５】
詳細に説明すると、ＣＦＤ非定常解析部１２は、ランダム波形をＣＦＤ非定常解析することで、流体荷重を出力し、ランダム波形により周波数に応じた入力変位を算出すると共に、流体荷重により周波数に応じた出力変位を算出する。伝達関数算出部１３は、伝達関数として応答倍率と位相とコヒーレンスを算出する。即ち、伝達関数算出部１３は、ランダム波形に応じた入力変位と出力変位との応答倍率、位相、コヒーレンスを算出する。流体特性算出部１４は、流体特性として流体が流れることによって発生する流体付加質量（マス）と流体付加剛性と流体付加減衰を算出する。なお、評価関数は、所定の周波数におけるコヒーレンスを評価するとき、時間の変化に伴うコヒーレンスの変化を表したものである。
【００２６】
ここで、伝達関数は、ｘとｙのクロスパワー スペクトル密度（Ｐｙｘ）と、ｘのパワースペクトル密度（Ｐｘｘ）の比であり、下記数式より算出される。
【数１】
2017027209.tif 000003
また、コヒーレンスは、ｘとｙのパワースペクトル密度（Ｐｘｘ（ｆ）と、Ｐｙｙ（ｆ））及びｘとｙのクロスパワー スペクトル密度（Ｐｘｙ（ｆ））の関数であり、下記数式より算出される。
【数２】
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【００２７】
そして、不安定振動判定部１５は、流体特性算出部１４の算出結果から、解析媒体に応じて予め設定された所定の周波数帯域にて、流体付加減衰が予め設定された判定値より低いときに不安定振動と判定する。この判定部１５が不安定振動を判定し、出力部１６は、殿と周波数帯域で不安定振動が発生していないかを出力する。また、解析評価部１７は、伝達関数算出部１３の算出結果から、解析媒体に応じて予め設定された所定の周波数帯域にて、コヒーレンスが予め設定された評価値より低いときに解析精度が低いと判定する。この解析評価部１７が解析精度が低いと判定したとき、ランダム波形補正部１６は、伝達関数算出部１３が算出したコヒーレンスにて、このコヒーレンスが予め設定された評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅を大きく補正する。ランダム波形の振幅を大きく補正すると、与えるエネルギーが大きくなって出力も大きくなることから、相関性が良くなるものと考えられる。
【００２８】
この場合、図２に示すように、流体の入口部２１に対して流体の出口部２２が設けられ、この入口部２１と出口部２２との間に解析媒体（例えば、弁体）２３が設けられる。ここで、解析媒体２３は作動する部材であることから、振動系２４が連結されることとなる。そして、流体が入口部２１から解析媒体２３の隙間を通って出口部２２に至るとき、解析媒体２３に対して流体による振動が発生する。そこで、解析媒体２３に対して振動、つまり、ランダム波形の周波数を作用させることで、解析媒体２３における不安定振動の予測解析を実施する。
【００２９】
本実施形態の不安定振動の予測解析装置による処理について具体的に説明する。図３は、不安定振動の予測解析装置による処理方法を表すグラフである。
【００３０】
本実施形態の不安定振動の予測解析装置による処理は、図３に示すように、ＣＦＤ非定常解析の移動境界に対して工夫したランダム波形を用いることで、一回のシミュレーションで不安定限界となる振動数を効率良く把握することができるものである。即ち、図２で説明した非定常解析モデルに、ランダム波形を入力して流体応答波形の結果を得る。この場合、入力している移動境界変位のスペクトル、つまり、ホワイトノイズは、周波数領域でみるとほとんど変化がないものである。
【００３１】
図３に示すように、時刻歴応答の入力がランダム波形（ホワイトノズル）であり、出力が流体荷重であり、ＰＳＤ（パワースペクトル密度／分布）の入力変位が周波数に応じたランダム波形の入力変位であり、出力変位が周波数に応じた流体荷重である。そして、この入力変位と出力変位とを比較することで、応答倍率と位相とコヒーレンスを算出し、流体特性として流体付加質量と流体付加剛性と流体付加減衰を算出する。
【００３２】
そして、不安定振動の有無を判定する場合、流体付加減衰が十分に確保されているかにより判定する。ここで、流体付加減衰が０以上であれば、不安定振動は発生せず、流体付加減衰が０より小さければ、不安定振動が発生することを意味する。また、不安定振動の有無を判定する解析を評価する場合、コヒーレンスが十分に確保されているかにより判定する。ここで、コヒーレンスが評価値以上であれば、所定の解析精度が確保され、コヒーレンスが評価値未満であれば、解析精度が低いことを意味する。なお、不安定振動の発生の有無に拘わらず、コヒーレンスにより解析が正しく行われているかどうかを確認する。つまり、コヒーレンスが低い場合、入力と出力との相関が十分でないことが考えられることから、コヒーレンスが低い領域でのランダム波形を補正する。
【００３３】
この場合、コヒーレンスが予め設定された評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形を補正する。この評価値は、例えば、０．７５に設定するが、この数値に限定されるものではない。また、周波数の変化に対してコヒーレンスの大きさが変化することから、周波数に対するコヒーレンスの変化に対して変化率の大きい変曲点（相関性が悪くなり始める点）でのコヒーレンスの値を評価値に設定してもよい。具体的に、コヒーレンスの高い状態を直線で近似し、同様に、コヒーレンスが低下しているグラフについても直線で近似し、それぞれの直線が交差する点のコヒーレンスの値を評価値とする。そして、この評価値は、解析媒体の種類に応じて変更してもよい。
【００３４】
そして、コヒーレンスが評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅を大きく補正する。この場合、ランダム波形としてのホワイトノイズにフィルタ（ローパスフィルタまたはバンドパスフィルタ）を用いて、コヒーレンスが基準値より低かった低周波帯域の周波数成分が大きくなるようにランダム波形を生成する。即ち、コヒーレンスを目安に周波数帯域を特定してランダム波形を改善する。
【００３５】
図４は、初期のランダム波形を表すグラフ、図５は、一次補正したランダム波形を表すグラフ、図６は、二次補正したランダム波形を表すグラフである。図４で表すグラフが初期のランダム波形であり、図５で表すグラフが一次補正したランダム波形であり、図６で表すグラフが二次補正したランダム波形である。即ち、コヒーレンスが評価値より低い周波数帯域に対して、その周波数帯域におけるランダム波形の振幅を所定量ずつ増加することで、コヒーレンスを増加させ、解析精度を改善する。この場合、一度に増加できるランダム波形の振幅に制限をかけるようにしてもよい。
【００３６】
図７は、周波数に対する移動境界変位を表すグラフ、図８は、周波数に対するコヒーレンスを表すグラフ、図９は、周波数に対する流体付加減衰を表すグラフである。
【００３７】
図７に示すように、グラフＡは、初期のランダム波形に応じた移動境界変位、グラフＢは、一次補正したランダム波形に応じた移動境界変位、グラフＣは、二次補正したランダム波形に応じた移動境界変位である。このグラフから、コヒーレンスが基準値より低い周波数帯域の移動境界変位（振幅）が徐々に大きくなるように補正されていることがわかる。また、図８に示すように、グラフＡは、初期のランダム波形を解析したコヒーレンス、グラフＢは、一次補正したランダム波形を解析したコヒーレンス、グラフＣは、二次補正したランダム波形を解析したコヒーレンスである。このグラフから、低い周波数帯域の移動境界変位（振幅）を大きく補正することで、低い周波数帯域のコヒーレンスが基準値Ｌより高くなることがわかる。更に、図９に示すように、グラフＡは、初期のランダム波形を解析した流体付加減衰、グラフＢは、一次補正したランダム波形を解析した流体付加減衰、グラフＣは、二次補正したランダム波形を解析した流体付加減衰である。また、〇は、一周波数の正弦波を用いたＣＦＤ非定常解析結果である。このグラフから、低い周波数帯域の移動境界変位（振幅）を大きく補正することで、流体付加減衰がこの一周波数の正弦波を用いた流体付加減衰に近似していくことがわかる。
【００３８】
ここで、本実施形態の不安定振動の予測解析装置による処理方法について説明する。図１０は、不安定振動の予測解析装置による処理の流れを表すフローチャートである。
【００３９】
本実施形態の不安定振動の予測解析装置による処理方法において、図１及び図１０に示すように、ステップＳ１１にて、ランダム波形入力部１１は、解析媒体に対してランダム波形（ホワイトノイズ）を入力する。ステップＳ１２にて、ＣＦＤ非定常解析部１２は、ランダム波形入力部１１から入力されたランダム波形をＣＦＤ非定常解析して流体荷重を出力する。ステップＳ１３にて、伝達関数算出部１３は、ランダム波形に応じた入力変位と流体荷重とから応答倍率、位相、コヒーレンスを算出する。ステップＳ１４にて、流体特性算出部１４は、ランダム波形に応じた入力変位と流体荷重とから流体付加質量と流体付加剛性と流体付加減衰を算出する。
【００４０】
そして、ステップＳ１５にて、解析評価部１７は、解析媒体に応じた周波数帯域にて、コヒーレンスが評価値より低いかどうかにより解析精度が十分であるかどうかを判定する。ここで、コヒーレンスが評価値より低いことで解析精度が低いと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ１６にて、ランダム波形補正部１８は、コヒーレンスにて、このコヒーレンスが評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅を大きく補正した後、ステップＳ１１に戻って処理を繰り返す。一方、ステップＳ１５にて、コヒーレンスが評価値以上で解析精度が高いと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１７に移行する。
【００４１】
ステップＳ１７にて、不安定振動判定部１５は、解析媒体に応じた周波数帯域にて、流体付加減衰が判定値より低いかどうかにより振動が安定しているかどうかを判定する。ここで、流体付加減衰が判定値以上であると判定されると、解析媒体に応じた周波数帯域で不安定振動が発生していないと出力する。一方、流体付加減衰が判定値より低いと判定されると、解析媒体に応じた周波数帯域で不安定振動が発生していると出力する。その後、出力部１６が解析評価部１７の解析結果と不安定振動判定部１５の判定結果を出力し、
処理を終了する。
【００４２】
この場合、ランダム波形補正部１６による処理は、手動でも自動でもよい。上述したステップＳ１５にて、コヒーレンスが評価値より低いと判定されると、ステップＳ１６にて、作業者は、コヒーレンスが評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅をコヒーレンスの大きさなどに応じて適宜設定して大きく補正する。また、ステップＳ１５にて、コヒーレンスが評価値より低いと判定されると、ステップＳ１６にて、システムは、コヒーレンスが評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅を予め設定された量だけ大きく補正する。即ち、ランダム波形の補正は、解析終了後に行ってもよいし、解析を実施しながらリアルタイムで補正してもよい。
【００４３】
すると、コヒーレンスにより精度が良くない周波数帯域を特定し、フィルタ処理等により特定の周波数帯域のレベルを大きくしたランダム波形による入力により、正しい解析結果が得られると共に、実行時間の短縮が飛躍的に可能となった。例えば、解析時間は、従来の８倍以上短縮することができ、情報量は１０倍以上となる。また、不安定限界となる振動数に関する分析をリアルタイムで表示しながら、一回のシミュレーションで効率良く把握することができる。
【００４４】
このように本実施形態の不安定振動の解析装置にあっては、解析媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部１１と、ランダム波形入力部１１から入力されたランダム波形をＣＦＤ非定常解析するＣＦＤ非定常解析部１２と、ＣＦＤ非定常解析部１２による解析結果に基づいてコヒーレンスを含む伝達関数を算出する伝達関数算出部１３と、伝達関数算出部１３が算出したコヒーレンスに基づいて解析精度を評価する解析評価部１７と、解析評価部１７の評価結果に基づいてコヒーレンスを用いてランダム波形入力部１１が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部１８とを設けている。
【００４５】
従って、解析媒体に対してランダム波形を入力してＣＦＤ非定常解析し、その解析結果に基づいてコヒーレンスを算出し、このコヒーレンスに基づいて解析精度を評価した後、解析精度に基づいてランダム波形を補正することとなる。そのため、ランダム波形を使用することで、解析時間を短縮することができ、また、コヒーレンスを用いてランダム波形を補正することで、解析精度を向上することができる。
【００４６】
本実施形態の不安定振動の解析装置では、伝達関数算出部１３は、伝達関数として応答倍率と位相とコヒーレンスを算出し、解析評価部１７は、コヒーレンスが予め設定された評価値以上であると解析精度が高いと判定し、コヒーレンスが評価値未満であると解析精度が低いと判定し、ランダム波形補正部１８は、記コヒーレンスが予め設定された評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅を大きく補正する。従って、コヒーレンスが評価値未満であって解析精度が低いと判定すると、コヒーレンスが評価値より低い周波数帯域に対応するランダム波形の振幅を大きく補正するため、入力と出力の相関性を考慮してランダム波形を補正することで、適正の周波数帯域のランダム波形を補正することができ、また、ランダム波形の振幅を大きく補正することで、適正に相関性を向上して解析精度を確保しつつ、解析時間を短縮することができる。
【００４７】
本実施形態の不安定振動の解析装置では、評価値を周波数に対するコヒーレンスの変化に対して変化率の大きい変曲点でのコヒーレンスの値に設定している。従って、評価値を適正に設定することができる。
【００４８】
また、本実施形態の不安定振動の予測解析装置は、解析媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部１１と、ランダム波形入力部１１から入力されたランダム波形をＣＦＤ非定常解析するＣＦＤ非定常解析部１２と、ＣＦＤ非定常解析部１２による解析結果に基づいて伝達関数として応答倍率と位相とコヒーレンスを算出する伝達関数算出部１３と、伝達関数算出部１３により算出された伝達関数に基づいて流体特性として流体付加質量と流体付加剛性と流体付加減衰を算出する流体特性算出部１４と、流体特性算出部１４が算出した流体付加減衰に基づいて不安定振動を判定する不安定振動判定部１５と、伝達関数算出部１３が算出したコヒーレンスに基づいて解析精度を判定する解析評価部１７と、解析評価部１７の評価結果に基づいてコヒーレンスを用いてランダム波形入力部１１が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部１８とを設けている。
【００４９】
従って、ランダム波形を使用することで、解析時間を短縮することができ、また、コヒーレンスを用いてランダム波形を補正することで、解析精度を向上することができると共に、解析媒体の不安定振動を適正に判定することができる。
【００５０】
なお、上述した実施形態では、本発明の不安定振動の解析装置を不安定振動の予測解析装置に適用して説明したが、不安定振動の試験装置に適用することもできる。この場合、不安定振動の試験装置は、試験媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部と、試験媒体に作用する振動を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて伝達関数を算出する伝達関数算出部と、伝達関数算出部により算出された伝達関数に基づいて流体特性を算出する流体特性算出部と、流体特性算出部が算出した流体特性に基づいて不安定振動を判定する判定部と、判定部の判定結果に基づいてランダム波形入力部が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部とを備えている。
【００５１】
不安定振動の予測解析装置と不安定振動の試験装置とは、ランダム波形に基づいて出力（流体荷重）を解析により求めるか、複数の検出器（振動センサ）により求めるかの違いであり、その他の処理は同様であることから、具体的な説明は省略する。
【００５２】
そのため、本実施形態の不安定振動の試験装置は、試験媒体に対してランダム波形を入力するランダム波形入力部と、試験媒体に作用する振動を検出する検出部と、検出部による検出結果に基づいて伝達関数として応答倍率と位相とコヒーレンスを算出する伝達関数算出部と、伝達関数算出部により算出された伝達関数に基づいて流体特性として流体付加質量と流体付加剛性と流体付加減衰を算出する流体特性算出部と、流体特性算出部が算出した流体付加減衰に基づいて不安定振動を判定する不安定振動判定部と、伝達関数算出部が算出したコヒーレンスに基づいて解析精度を判定する解析評価部と、解析評価部の評価結果に基づいてコヒーレンスを用いてランダム波形入力部が入力するランダム波形を補正するランダム波形補正部とを設けている。
【００５３】
従って、ランダム波形を使用することで、試験時間を短縮することができ、また、コヒーレンスを用いてランダム波形を補正することで、試験精度を向上することができると共に、解析媒体の不安定振動を適正に判定することができる。
【００５４】
また、上述した実施形態では、解析媒体（試験媒体）を流体が流れることによって発生する不安定振動の予測または検出するものとしたが、これに限定されるものではない。単なる構造体の振動に対しても適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１１  ランダム波形入力部
１２  ＣＦＤ非定常解析部
１３  伝達関数算出部
１４  流体特性算出部
１５  不安定振動判定部
１６  出力部
１７  解析評価部
１８  ランダム波形補正部
２１  入口部
２２  出口部
２３  解析媒体
２４  振動系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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