アクティビティ 2: 解析を実行して結果を確認する

このアクティビティでは、固有振動数を確認するために、解析を実行し、音叉のメッシュ、固有振動数、およびモード形状を表示します。この[スタディ 1 - モード周波数]の結果の確認では、

• メッシュを確認し、音叉の最も薄い部分にも十分な要素があることを確認します。

• 12 個の振動モードをアニメーション表示し、音叉の固有振動数の確認に使用する振動モードを特定します。

• 選択したモードの固有振動数を特定し、音符の A4 の公称周波数である 440 Hz と比較します。

• 音叉を短くする、または長くする必要があるかどうかを識別します。

  

  音叉モデル(左)とモード 1 での音叉の[合計モード変位]の結果(右)。**

前提条件

• アクティビティ 1 を完了していること。

手順

1. スタディを解析します。

   1. ([シミュレーション]作業スペース > [設定]タブ > [解析]パネル > [解析])をクリックして、[解析]ダイアログを開きます。
      
      注: モデルは拘束されていませんが、[プリチェック]アイコンに 緑色のチェックマークが表示されています。これは警告がないことを意味し、モデルの解析準備ができていることを示しています。理由は、[モード周波数]シミュレーション モデルは拘束を必要としないということです。ソルバーは、有効な固有振動数モードとして剛体振動を出力できます。
   2. [解析]をクリックして解析を実行し、ダイアログを閉じます。
   3. 解析が完了したら、[閉じる]をクリックして[ジョブ ステータス]ダイアログを閉じます。

      [結果]タブが自動的に開き、結果を参照できます。

2. メッシュを表示し、音叉の最も薄い部分に少なくとも 4 つの要素があることを確認します。

   1. ([シミュレーション]作業スペース > [結果]タブ > [結果を終了]パネル > [結果を終了])をクリックして、[設定]タブに切り替えます。メッシュ ラインは、コンター プロットの暗い青より明るいグレーの背景色で見やすくなります。
   2. ブラウザで、 [メッシュ]の横にある をクリックして、メッシュを表示します。
      
      
      
      注: 指定されたメッシュ サイズでは、音叉の最も薄い部分に 4 つの要素が生成されます。これは、先端の屈曲を正確に捕捉するために適した要素サイズです。
   3. ブラウザで、 [メッシュ]の横にある をクリックして、メッシュを非表示にします。
   4. ([シミュレーション]作業スペース > [設定]タブ > [結果]パネル > [シミュレーション結果])をクリックして、[結果]タブに戻ります。

3. アニメーション バーを使用して [モード 1] の [合計モード変位] の結果をアニメーション表示し、完全な振動サイクルを示します。

   1. ブラウザで、 [合計モード変位] が選択されていることを確認します。
   2. 凡例の上の [モード] ドロップダウンで、 [モード 1] が選択されていることを確認します。
   3. キャンバスの下部にあるアニメーション バーで、 [再生] ボタンをクリックし、 [ループをミラー] が選択されていない場合はこれを選択します。
      
      注: [ループをミラー] は、従来の [双方向] オプションと同様に、連続したループで順方向および逆方向にアニメーション表示します。
   4. アニメーション バーの [オプション] をクリックします。[速度] を [2x] に設定します。
   5. [再生] をクリックします。
      
      音叉が変形しないことに注目してください。X 方向に移動するだけです。剛体モードの固有振動数は 0 Hz (または約 0 Hz)です。

4. アニメーションの実行中に、凡例の上の [モード] ドロップダウンから次の振動モードを選択します。このモードの形状を観察します。12 個の振動モードすべてを確認するまで繰り返します。

   モードごとに、ハンドルの動きを観察します。ハンドルの大きな軸方向運動、半径方向運動、ねじれ運動が含まれるあらゆるモードを維持できません。これらのモードは、人が音叉を保持しているとき、すぐに消滅します。

   モード 12 の結果は次の画像のようになります。

   

   モード 12 の変位の大きさはハンドルの下で最大になり、+/- X 方向にあることに注意してください。人が音叉を保持している場合、この振動モードはほぼ一瞬で消滅します。

5. 音叉の調整に最適な振動モードを識別してそのモードに切り替え、固有振動数を特定します。音叉ハンドルの動きが最も小さいモードを探しています。

   1. 凡例の上の [モード] ドロップダウンを使用してすべての振動モードを再確認し、ハンドルの基部での動きが最も少ないモードを識別します。
      
      

      モード 7 とモード 11 のみ、ハンドルの最小モーションを示します。計算された 12 のモードのうち、音叉が保持されている間に維持できるモードは、この 2 つだけです。これらのモードの両方に、ハンドルでの軸方向の動き(Y 移動)がわずかな量で含まれます。

      相対的な軸方向の動きはモード 11 の場合の方がモード 7 より大きいため、振動モード 11 はモード 7 (基本的な振動モード)より早く消滅します。

   2. 凡例の上の [モード] ドロップダウンから、 [モード 7] を選択します。
      
      モデルは、次の図のようになるはずです。
      
      
   3. アニメーション バーで、 [停止] をクリックして再生を終了します。
   4. 凡例の上の [モード] ドロップダウンで、 [モード 7] の横にある周波数をメモします。
      
      モード 7 の固有周波数は 471 Hz です。これは音符の A4 の公称周波数である 440 Hz より 7% ほど高い数値です。ここでの目的は、A4 の音よりも 5% 低い 418 Hz のピッチを生成することです。このモードの固有振動数を低くするために、音叉の先端を長くする必要があります。

アクティビティ 2 のサマリー

このアクティビティでは、解析を実行して、結果を確認しました。音叉の固有振動数を確認するために、

• メッシュを確認し、最も薄い部分にも十分な要素があることを確認しました
• 12 個の振動モードをアニメーション表示し、音叉の固有振動数の確認に使用する振動モードを特定しました
• 選択したモードの固有振動数を特定しました
• 音叉を長くする必要があることを識別しました。