粘弾性体を含むマルチボディシステムの効率的な解析手法の検討

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05877
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 椎葉 太一 明治大学, 理工学部, 専任教授 (10349839)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩村 誠人 福岡大学, 工学部, 教授 (90341411)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: マルチボディダイナミクス / 粘弾性体 / リアルタイム解析

Outline of Annual Research Achievements

本研究で対象としているラバーブッシュなどの粘弾性体は、ヒステリシス特性や周波数依存性などの非線形特性を有している。粘弾性体を含むマルチボディシステムを対象としたリアルタイム解析を実現する際には、粘弾性体のモデル化手法と、数値積分法の選択が重要である。
平成28年度は、小型6自由度モーション装置を用いて粘弾性体の周波数依存性を実験的に評価し、一般化Maxwellモデルによりその特性をモデリングすることを試みた。一般化Maxwellモデルは、複数のばねダンパ要素を組み合わせたものであり、粘弾性体の周波数依存性の表現に適している。一方で、粘弾性体の軸方向依存性を含めてこの周波数依存性を表現するためには、多数のパラメータを同定する必要がある。そこで本研究では、パーティクルフィルタと呼ばれる手法を用いて、これらのパラメータを自動的に同定する手法についても検討した。
また、マルチボディダイナミクス解析における数値積分の手法としては、Generalized-Alpha Method の適用を試みた。この Generalized-Alpha Method は、陰解法の数値積分アルゴリズムの一種であり、高い周波数の現象に対しては数値減衰を利かせて高次モードによる解析の不安定性を抑制しつつ、低い周波数の現象に対しては数値減衰を抑えて解析精度を向上する手法である。剛性の高いばね要素を含む車両モデルに対してこの Generalized-Alpha Method を適用し、解析のリアルタイム性を評価した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

粘弾性体の特性を評価する試験とモデル化手法、およびリアルタイム解析に向けた数値積分法の検討といった点において、おおむね計画通りに検討を進めることができている。

Strategy for Future Research Activity

これまでに検討した粘弾性体のモデル化手法と数値積分法を用いて、自動車の運動をリアルタイムに解析し、解析結果を実際のハードウェアであるステアリング反力模擬装置を用いて再現することを行う。実際のハードウェアに対してリアルタイム解析を適用するということは、計測されたセンサ情報に基づく解析を実行することを意味しており、解析の安定性が重要なファクタとなる。このため、計算速度だけに着目するのではなく、解析精度と安定性についてもバランスを図る必要がある。併せて、ステアリング反力模擬装置が再現できる反力の応答性についても評価を行う。これらの検討を通し、対象とするシステムにおいて考慮できる周波数領域を明らかにする。

Causes of Carryover

試験装置を開発するにあたり、平成28年度に6分力計を新規に購入することを検討していたが、計測条件を緩和して試験体に生じる荷重のレンジを見直したことにより、予備実験の際に利用していた6分力計を流用できることになった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

これまでに利用していた計測システムは Windows XP 上で動作していたものであり、Windows XP のサポート終了に伴い更新を行う必要が生じた。平成29年度はこの計測システムの更新を行う計画である。