共振 — CAE用語解説
共振
固有振動数と外力の一致による振動増幅
共振って橋が風で揺れる話で聞いたことがあるんですが、CAEでどう評価するんですか？
共振は外力の周波数が構造の固有振動数と一致したとき、振動振幅が急激に増大する現象だよ。タコマナローズ橋の崩落がその有名な例だ。CAEでは固有値解析（モーダル解析）で固有振動数と振動モード形状を求めて、設計荷重の周波数と比較して共振を回避するよう設計する。
固有値解析って具体的にどんな解析ですか？
[K - ω²M]{φ} = {0} という固有値方程式を解いて固有振動数ωと固有モードφを求める解析だよ。ABAQUSのFrequency Step、ANSYSのModal Analysisが対応している。設計では固有振動数が外力周波数より十分離れるよう（一般に20〜30%以上）剛性や質量を調整する。
動的解析と制振設計
共振を避けるための設計変更は具体的にどうするんですか？
固有振動数を上げるには剛性を増やす（壁厚追加・リブ追加）か質量を減らす。下げるには逆の操作だ。構造を変えずに済む方法として制振材（粘弾性シートやダンパー）で共振時のエネルギーを吸収させる設計もある。自動車のボディではNVH（騒音・振動・ハーシュネス）解析でエンジン加振周波数と車体固有値の分離が設計の核心だ。
実際の振動試験とシミュレーション、どちらが重要ですか？
どちらも重要で補完的な関係だ。シミュレーションは設計初期段階に多数の条件を試せる強みがある。試験は実際の減衰特性や組立誤差を含んだリアルな挙動が確認できる。現代の開発では計算と試験を繰り返して相関を取りながら精度を上げる「バーチャル試験」アプローチが主流だ。
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