株式会社 バイブラントシステム開発

Vibrant System Development Co.,Ltd

観測記録による構造物の動的特性の把握

　弊社は、地震、微動、自由振動の観測記録あるいは振動試験データによる土木・建築系および機械系構造物の動的特性の検討並びに解析手法の開発を行っています。振動系の動的特性はモード定数（固有値および固有ベクトル）や諸物性値等により把握されますが、これらは観測記録より逆解析的に検討可能です。弊社では、その解析手法として「時間領域のモード解析」、「時間領域の実稼動モード解析」および「数値モデル同定解析」を開発してきました。
「時間領域のモード解析」は、観測記録より、対象系が運動方程式に従うことを前提としてモード定数を求め伝達関数を計算して系の周波数特性を明らかにします。当初、原子炉建屋の振動試験データの解析のために「周波数領域のモード解析」プログラムを開発しました。試験炉や商業炉の振動試験は深夜の静寂時に実施されたため計測されたデータはノイズレベルが低く、解析より良好な結果が得られました。ただ、地震記録のようなノイズレベルの高いデータについては解析が難しかったため、その後間もなく時間領域に切り替えました。
「時間領域のモード解析」には刺激係数の大きいモードから求められるという特徴があり、複雑な周波数特性を有する系の場合でも容易に解析が可能です。また非線形パラメータの固有値（固有周波数および減衰定数）は非線形最小二乗法に従って計算を行いますが、上記の特徴より初期値の設定は容易であり収束性にたいへん優れています。ところでノイズレベルの高いデータについて、周波数領域で観測値の入力に対する出力のスペクトル比を扱う場合はノイズの解析に及ぼす影響は非常に大きいですが、時間領域では入出力の差を扱うのでその影響は小さく良好な結果が期待されます。そのため解析に際してデータに対するフィルター処理等の前段操作は何ら必要ありません（参照 解析手法）（参照 適用例－超高層ビル、RC造-1、2）。また入出力データはそれぞれ複数個でも構いません。
　外力の作用のない自由振動記録もモード解析の対象であり、鉄筋コンクリート構造物や橋梁の鋼部材・ケーブル等の健全性の評価のために使用されるインパルス応答も解析可能です。ただし解析ではインパルス作用後の記録が使用されます。斜張橋ケーブルに見られるようなビート現象の解明に役立ちます。現在、インフラの老朽化が大きな社会課題となっています。「時間領域のモード解析」はそれら構造物を維持管理するためのインフラモニタリングに大いに役立ちます（参照 適用例ー道路橋の微動、建屋微動）。
「数値モデル同定解析」は「時間領域のモード解析」の結果を参照して系に対して想定した数値モデルの物性値を同定します。同定された数値モデルは系の動的特性について、より詳細な検討を可能にします。数値モデルとして一次元波動方程式モデルおよびFEMモデル（含、質点系モデル）が使用可能です（参照 解析手法）（参照 適用例）。
　機械系振動の場合は加振データおよび自由振動データのどちらも解析可能です（参照 適用例ーSUS板）。

主な開発プログラム

　弊社で開発した主なプログラムを以下に示します。ご関心がございましたらご連絡をいただきたいと思います。
　
　時間領域のモード解析プログラム
    ・地震観測記録、構造物上の微動観測記録、振動試験記録、インパルス応答記録が使用可能
　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　（参照 微動観測記録）
　自由振動記録の時間領域のモード解析プログラム
    ・自由振動、インパルス応答、衝撃波が使用可能（参照 インパルス ケーブル 斜張橋）
                                                                     （参照 道路橋の解析例）
　数値モデル同定解析プログラム
　 ・FEMモデルおよび質点系モデル対応（参照 2次元FEM地盤モデル
　鉛直アレー観測記録を使用した数値モデル同定解析プログラム
　 ・一次元波動方程式モデル対応
　水平アレー観測記録を使用した数値モデル同定解析プログラム
　 ・一次元波動方程式モデル使用
　ソフトウェア価格表

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