Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008 年 4 月

Copyright 2008 Nagoya Institute of Technology

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

1

インストールの方法 本ソフトウェアは Windows2000 及び XP に対応しています． Vista は確認が取れておりません． インストーラー(Install_PlateDispersion1.00.exe)を起動して，指示に従ってください． 注１）本ソフトウェアは，Labview8.5 で開発されています．動作するためには，Labview8.5のランタイムエンジンが必要です．Labview8.5 がインストールされていない PC で動作す

る場合には，CD 中のランタイムエンジンもインストールしてください． 注２）インストール先のフォルダ（PlateDispersion1.00.exe があるフォルダ．たとえば

C:¥Program Files¥PlateDispersion）内でも，データの読み書きをします．このフォルダ

内でファイルを読み書きできるように利用権限を設定してください． 注３）画面は 1024x768 ピクセル以上でお使いください． 評価版での制限事項 ・ 新規の計算ができません．サンプルデータをご利用ください． ・ 振動分布が半周期分のみの表示となるため，なめらかな表示になりません． ・ 振動分布の jpeg ファイルを出力できません．

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

2

１．Plate Dispersion の簡単な使い方

１．立ち上げると，以下のような画面になります．まず，データフォルダを選択してくだ

さい．データフォルダは，すでに計算したデータが格納されているフォルダまたはこ

れから計算するデータを格納するフォルダになります．

注）計算を開始すると，このフォルダの既存ファイルは削除されます． ２．データフォルダ内のデータを読み込むのであれば，「データファイルの読み込み」ボタ

ンを，計算パラメータを変更するのであれば，「パラメータ表示モード」から「パラメ

ータ入力モード」に変更してください．

３．パラメータをセットしたら，「計算開始」ボタンで計算が始まります．計算が開始する

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

3

と DOS 窓が現れます．デフォルトのパラメータでは，計算は 2 秒ほど（Intel CPU 1.2GHz, 1.5GB RAM の場合）で終わります．計算が終了したら，Enter を押して，

Dos 窓を閉じてください．

４．「データファイルの読み込み」ボタンを押すと，下のような画面が表示されます．カー

ソルを動かすと選択しているモードについての情報が表示されます．（表示画面が見や

すいように，下図ではラインサイズを 2 に変更しています．）

５．「選択点の振動形態の可視化」ボタンを押すと，カーソル点のモードの振動形態が表示

されます（下左図）．表面カラーを長手方向に設定した図が下図になります．メイン画

面に戻るには，必ず「戻る」ボタンを押してください．「Wave Structure」ウィンドウ

がアクティブな状態では，メイン画面の操作は出来ません．

カーソル

選択点情報

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

4

６．Plate Dispersion ver.1.0 における計算では，板厚方向に層状要素に分割して計算して

います．板厚方向に等間隔で分割しますが，それぞれの層要素には，任意の材料定数

を入力することができます．メイン画面状の「積層」タブを選択し，「材料データの作

成・読み込み」ボタンを押すと，各層要素に割り当てる材料パラメータ入力画面にな

ります．

７．それぞれの層に割り当てる材料を定義します．①材料数を入力 ②材料の定義 ③

各要素（層）への材料の割り当て ④ファイルの保存 ⑤メイン画面へ「戻る」

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

5

８．「戻る」でメイン画面へ戻ると，材料データファイル名が表示されています．この状態

で「計算開始」をすると，先ほど設定した層状に材料が変化する平板に対して計算す

ることができます．ここで要素数を変更すると，材料データは作成しなおす必要があ

ります．

９．以上の例では，平板のラム波（断面内を振動）を計算しましたが，平板の SH 波（断面

に垂直に振動）の計算が可能です．また，パイプの管周方向に伝播するラム波状のガ

イド波（断面内を振動）やＳＨ波状のガイド波（断面に垂直に振動）の分散曲線も計

算することが可能です．

① ②

③ ④

⑤

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

6

１０．Plate Dispersion はガイド波検査への用途だけでなく，弾性波素子などのさまざまな

用途が考えられます．分野が異なると用いる周波数，構造サイズなどが異なりますの

で，用いる単位を変更できるようにしました．

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

7

2．各画面の詳細説明 2-1「メイン」画面の詳細説明

① 分散曲線グラフ：横軸は常に周波数(kHz)です．縦軸は「縦軸設定」ボタンで変更可能

です． ② カーソル点情報：曲線が重なる場合は，拡大してカーソルを移動させてください． ③ グラフの表示設定ボタン：拡大・縮小・移動などができます．拡大縮小などは，グラ

フ軸の数値を変更することでも可能です． ④ カーソル選択点の振動形態の可視化ボタン：選択点の振動形態（振動分布）のアニメ

ーションを表示します． ⑤ グラフの縦軸変更ボタン：縦軸の設定を位相速度，群速度，波長，波数（実部），波数

（虚部）に設定できます． ⑥ パラメータ入力・表示モード変更ボタン：パラメータを変更する際は，入力モードに

変更してください． ⑦ 平板・円周方向選択ボタン：平板状の材料か曲面状の材料かを選択します．円周方向

を選択した場合，「パイプ外径」パラメータを入力する必要があります． ⑧ Lamb・SH 選択ボタン：振動方向が断面内(Lamb 波問題）か断面に垂直（SH 波問題）

かを選択します． ⑨ 音速入力タブ：縦波・横波音速を入力して設定することができます．「材料選択」から

サンプルデータを選択することも可能です．サンプルデータは自由に編集可能です（デー

タについての項参照）． ⑩ 各種パラメータ入力領域：入力モードの際には，パラメータを変更できます． ・ 要素数：求める計算精度に応じて変化させてください．必要な要素数は，計算で得ら

れるガイド波の管厚方向振動分布の複雑さによって決定します．通常，高周波ほど多

くの要素数が必要なので，高周波帯で要素数を変化させて計算させ，値に変化がなけ

れば十分な精度で計算できているといえます．詳しくは別紙「半解析的有限要素法に

よる分散曲線の計算とガイド波理論について」を参照してください． ・ 計算周波数点数：小さすぎると，モードごとの曲線の結合がうまくいかない可能性が

あります．逆に大きいと計算時間が大きくなります． ・ 最小・最大周波数：計算は，{(最大周波数)-(最小周波数)}/(計算点数)x i （i=1,2....計算

点数）となる周波数で逐次計算を行っています．計算には最小周波数を含みません． ・ 収録モード：データを保存するモードを選択します．通常，ガイド波検査では伝播モ

ードのみを使いますが，研究用に非伝播モードを含むすべてのモードを収録できるよ

うにしてあります． ・ データフォルダ：分散曲線データや振動形態データ，材料データなどを保存する作業

フォルダです．作業開始時に指定してください．

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

8

⑪ 表示モード選択領域：表示するモードをチェックボタンなどで選択できます．特定モ

ードのみの表示や追加，削除も可能です．

2-2「Wave Structure」（振動形態）表示画面の詳細説明

① 表示している振動形態のモード情報：メイン画面のカーソル点情報と同じです． ② 振動形態表示画面：振動形態を１周期３２フレームで連続表示します．白い表示画面

上でマウスを一回クリックし，マウスの真ん中スクロールホイールを回すと，画面の拡大

縮小ができます．ドラッグで画像が回転します． ③ 表示制御領域：表示に関する各種パラメータを変更します． ・ 伝播方向表示長さ：板（管）厚の 10 倍がデフォルト値ですが，要素分割数が 2000 を

超えると自動的に短く表示し，要素数を減らすようになっています．適宜，長さを調

整してください．パイプの円周方向伝播問題では，管厚の中心軸の長さとなります． ・ 表示開口角：パイプの円周方向伝播問題では，振動形態の表示が曲面で表わされます．

そのときの開口角で表示を決定できます．360°がパイプ全周です． ・ 伝播方向分割数：デフォルトは波長を８等分するだけの分割数に設定してあります．

この分割数が少なすぎると，波動伝播が正確に表現されません． ・ 管厚方向分割数：デフォルトは計算で使用した要素数です． ・ 倍率：大きくすると，表示されている変位値が大きくなります．

①

②

⑤ ④ ③

⑥

⑨ ⑩

⑪

⑦ ⑧

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

9

・ カラー制御値：表示されているカラーのスペクトル分布やグレースケールを決定しま

す．大きいほど薄く，小さいほど濃い表示になります． ・ 表面カラー：表面カラーが示す振動方向を決定します．またカラーやグレーなどの表

示も選択できます． ④ ファイル制御領域：表示の画面を保存することができます．ボタンを押すと指定のフ

ォルダに３２個の jpeg ファイルが 自動的に保存されます．それを用いて，専用のソフトウ

ェアを用いれば AVI 動画などを作成することも可能です．（参考：AVI maker，http://yamatabi.que.ne.jp/soft/avimk/）

①

②

④

③

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

10

2-3「材料データ入力」画面の詳細説明

① 要素情報領域：要素数，材料数を変更でき，それぞれの要素に材料を割り当てます． ・ 要素数：デフォルトはメイン画面で入力した要素数です．変更してメイン画面に戻る

とメイン画面の要素数も変更されています． ・ 材料数：要素に与える材料の種類の数です． ・ 材料番号入力：要素ごとに材料番号を与えて，積層平板（パイプ）を定義します．パ

イプの場合，上から内径側となります． ② 材料定義領域：材料数分の材料データを割り当てることができます． ・ 材料番号：割り当てる材料の番号を選択します． ・ 材料サンプル：材料定数を与えやすいように，サンプルが与えられています．音速入

力だけ行うものや，材料定数 C を直接入力するものなどがあります．下のピクチャー

に選択したサンプルの C マトリックスの形式が表示されます．CLは縦波音速，CTは横

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

11

波音速です． ・ C, C'：C には材料定数を直接入力することができます．C'は xz 面に広げた薄板を y 軸

（板厚方向軸）についてθだけ回転させた材料定数を示します．ガイド波の分散曲線を

求める計算では，一方向強化材を 0°または 90°（180,270,360°など）に回転させた

場合は有効ですが，その他の角度の場合は不適切です．基本的にガイド波の分散曲線

は x 方向に一様であることが前提の計算ですので，x 方向(ガイド波伝播方向）に変化す

るような C,C'の設定にはしないでください． ・ 材料番号表示：すべての材料が定義されていることを確認してください． ③ 材料定数表示領域：分散曲線の計算では，２次元問題なので，入力した C,C'の値の一

部しか使いません．ラム波状問題の解析で用いる材料定数と SH 波状問題で用いる材料定数

を表示しています． ④ データ操作領域：データフォルダ内の材料データの読み書きをします． 材料データ保存：すべての材料が定義されている場合，材料データを保存できます．保存

先はデータフォルダで，保存ファイル名は材料データファイル名に表示されます．データ

を保存したら，「戻る」ボタンでメイン画面に戻って，積層平板で計算することができます． ・ 材料データ読み込み：保存されているデータを読み込みます．読み込みフォルダは表

示されているデータフォルダです．材料データは必ずデータフォルダ内に置いてくだ

さい．

① ② ③

④

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

12

2-4「単位設定」画面の詳細説明

Plate Dispersion はガイド波検査への用途だけでなく，弾性波素子などのさまざまな用途

が考えられます．分野が異なると用いる周波数，構造サイズなどが異なりますので，用い

る単位を変更できるようにしました．「メイン」画面の「表示単位の変更」ボタンを押すと

下図のような「単位設定」画面が現れます．ここで，所望の単位を設定してください． 選択した単位をデフォルトにするを「YES」にしておくと，次回の利用から設定した単

位を用いることができます．

３．Plate Dispersion 中で使用されるデータ 3-1 velocities.dat

インストール先フォルダ（たとえば，C:¥Program Files¥PlateDispersion）内に

velocities.dat というファイルがあります．デフォルトは以下のテキストデータが保存され

ています． 鉄鋼

5800 3200

アルミニウム

6260 3000

銅

4700 2260

アクリル

2620 1360

ステンレス

6044 3095

これはメイン画面の「均質等方性」タブ内の「材料選択」で用いているデータになりま

す．１行目に材料名，２行目にその材料の縦波音速と横波音速が示され，その間はタブで

仕切られています．このデータを編集して，頻繁に用いる材料のデータを作成していただ

くことも可能です．材料数は任意ですが，データは velocities.dat という名前で，インスト

ール先フォルダに保存してください．

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

13

3-2 unit.dat

インストール先フォルダ（たとえば，C:¥Program Files¥PlateDispersion）内に unit.datというファイルがあります．デフォルトは以下のテキストデータが保存されています．

1 kHz 1.000000E+3

0 m/s 1.000000E+0

1 mm 1.000000E-3

2 1/m 1.000000E+0

1 mm 1.000000E-3

ここにはデフォルトの表示単位を保存されています．デフォルト値を変更する時，この

ファイルを上書きしますので，このファイルは読み書き可能に設定してください．直接，

入力してファイルデータを変更せず，「単位設定」画面を使ってください．

3-3 input.dat

計算開始と同時に，メイン画面で指定したデータフォルダに保存されるデータです．#で始まる行はコメント行，次の行がデータになります． # Problem Number... 1:均質 SHplate, 2:積層 SHplate, 11:均質 plateLamb, 12:積層 plateLamb, 21:CGW

均質 SHplate,22:CGW 積層 SHplate, 31:CGW 均質 Lamb,32:CGW 積層 Lamb

11

# 要素数

8

# 計算周波数点数

100

# 計算する周波数帯の最小値(Hz)

0.000000E+0

# 計算する周波数帯の最大値(Hz)

1.000000E+6

# 板厚(m)

5.000000E-3

# 収録モード, 0:伝播モードのみ, 1:すべてのモード（非伝播モードも含む）

1

# 縦波・横波音速(m/s)

5.800000E+3 3.200000E+3

3-4 materialXX.dat

「材料データ入力」画面で保存されるデータファイル名です．material.dat が存在する場

合，上書き保存しないように material.dat，material2.dat，...という名前で保存します． #で始まる行がコメント行です．計算に用いられるのは，２番目または３番目のデータ（#

For Lamb:．．．または# For SH:...の段落）で，残りは参照データです．

４段目の#材料サンプルの数値は「材料データ入力」画面の「材料サンプル」で選んだ指

標です．上から 0,1,2...となります（たとえば，５は鉄鋼）．

５段目の# C(材料ごと）は６行６列の材料定数 C'の数値が材料数分記録されています．

積層平板（パイプ）の場合

# 材料データファイル名

materialXX.dat

となります.

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

14

# 要素数 材料数

8 2

# For Lamb: LayerNum. MaterialNum. C11 C12 C22 C66 density

1 2 1.058E+11 5.458E+10 1.058E+11 2.561E+10 2.700E+3

2 1 2.644E+11 1.034E+11 2.644E+11 8.049E+10 7.860E+3

3 1 2.644E+11 1.034E+11 2.644E+11 8.049E+10 7.860E+3

4 1 2.644E+11 1.034E+11 2.644E+11 8.049E+10 7.860E+3

5 1 2.644E+11 1.034E+11 2.644E+11 8.049E+10 7.860E+3

6 1 2.644E+11 1.034E+11 2.644E+11 8.049E+10 7.860E+3

7 1 2.644E+11 1.034E+11 2.644E+11 8.049E+10 7.860E+3

8 1 2.644E+11 1.034E+11 2.644E+11 8.049E+10 7.860E+3

# For SH: LayerNum. MaterialNum. C44 C55 density

1 2 0.000E+0 0.000E+0 2.700E+3

2 1 8.049E+10 8.049E+10 7.860E+3

3 1 8.049E+10 8.049E+10 7.860E+3

4 1 8.049E+10 8.049E+10 7.860E+3

5 1 8.049E+10 8.049E+10 7.860E+3

6 1 8.049E+10 8.049E+10 7.860E+3

7 1 8.049E+10 8.049E+10 7.860E+3

8 1 8.049E+10 8.049E+10 7.860E+3

# 材料サンプル(材料ごと）

5 6

# C(材料ごと）

2.6441040E+11 1.0343760E+11 1.0343760E+11 0.0000000E+0 0.0000000E+0

0.0000000E+0

1.0343760E+11 2.6441040E+11 1.0343760E+11 0.0000000E+0 0.0000000E+0

0.0000000E+0

1.0343760E+11 1.0343760E+11 2.6441040E+11 0.0000000E+0 0.0000000E+0

0.0000000E+0

0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 8.0486400E+10 0.0000000E+0

0.0000000E+0

0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 8.0486400E+10

0.0000000E+0

0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0

8.0486400E+10

1.0580652E+11 5.4579960E+10 5.4579960E+10 0.0000000E+0 0.0000000E+0

0.0000000E+0

5.4579960E+10 1.0580652E+11 5.4579960E+10 0.0000000E+0 0.0000000E+0

0.0000000E+0

5.4579960E+10 5.4579960E+10 1.0580652E+11 0.0000000E+0 0.0000000E+0

0.0000000E+0

0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 2.5613280E+10 0.0000000E+0

0.0000000E+0

0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 2.5613280E+10

0.0000000E+0

0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0 0.0000000E+0

2.5613280E+10

# theta(材料ごと）

0.000 0.000

# 密度(材料ごと）

7860.000 2700.000

# 縦波音速(材料ごと）

5800.000 6260.000

# 横波音速(材料ごと）

3200.000 3080.000

3-5 Error_log.dat

計算を実行しているときに起こったエラーを追跡するのに使います．計算時にエラーが発

生したら，このファイルをサポートまでお送りください．

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

15

3-6 モード名.dat (A0.dat, S0.dat, mode0.dat など）

周波数[Hz], 波数の実部[1/m], 波数の虚部[1/m], 位相速度[m/s], 群速度[m/s]のデータを

周波数の高い方から順に記録しています．メイン画面で「収録データ」として「伝播モー

ドのみ」を選択すると，波数の虚部がゼロでない値は記録されません．すべての周波数ス

テップにおいて波数の虚部がゼロでない非伝播モードの場合，ファイルが作成されません．

「すべてのモード」を選択すると，すべてのデータが収録されます．非伝播モードの位相

速度は NaN で表わされ，群速度は 0.000000E+00 で表わされます． モード名称についての詳しい説明は別紙「半解析的有限要素法による分散曲線の計算と

ガイド波理論について」を参照してください．

Freq.[Hz], Wavenum.(Re)[1/m], Wavenum.(Im)[1/m], PhaseVel.[m/s], GroupVel.[m/s]

0.100000E+07 0.210337E+04 0.228045E-11 0.298720E+04 0.318066E+04

0.990000E+06 0.208362E+04 -0.152351E-11 0.298536E+04 0.318054E+04

0.980000E+06 0.206386E+04 -0.945236E-12 0.298350E+04 0.318043E+04

0.970000E+06 0.204411E+04 -0.792316E-12 0.298159E+04 0.318035E+04

0.960000E+06 0.202435E+04 0.000000E+00 0.297965E+04 0.318029E+04

0.950000E+06 0.200459E+04 0.986233E-12 0.297768E+04 0.318025E+04

0.940000E+06 0.198484E+04 -0.706581E-12 0.297566E+04 0.318024E+04

0.930000E+06 0.196508E+04 -0.696056E-12 0.297360E+04 0.318025E+04

0.920000E+06 0.194532E+04 -0.257130E-11 0.297150E+04 0.318028E+04

0.910000E+06 0.192557E+04 -0.970958E-12 0.296936E+04 0.318035E+04

0.900000E+06 0.190581E+04 0.137230E-11 0.296717E+04 0.318044E+04

0.890000E+06 0.188605E+04 0.160778E-11 0.296494E+04 0.318056E+04

......................

......................

3-7 WaveStructure_モード名.dat

データフォルダ内に作成される"WaveStructures"というフォルダ内に作成され，表示の

モード名に対する振動形態データが保存されています．x=0 における層状要素の節点におけ

る変位データです．正規化されているので，絶対値は意味がありません．これに x 方向の振

動分布 exp(ikx)，時間項 exp(-iωt)をかけて，WaveStructure 画面の振動形態アニメーションを

作っています．

データは次の順の構成となっています．

周波数ステップ番号，{節 1 の x 方向振動変位の実部，節 1 の x 方向振動変位の虚部，節 1の y 方向振動変位の実部，節 1 の y 方向振動変位の虚部 }，{節２についても同じ}，{節３}，{節４}，．．．． 100 0.000 0.208 0.354 0.000 0.000 -0.003 0.376 0.000 0.000 -0.041 0.310

0.000 0.000 -0.027 0.253 0.000 0.000 0.000 0.233 0.000 0.000 0.027 0.253

0.000 0.000 0.041 0.310 0.000 0.000 0.003 0.376 0.000 0.000 -0.208 0.354

0.000

99 0.000 0.208 0.353 0.000 0.000 -0.002 0.376 0.000 0.000 -0.040 0.310

0.000 0.000 -0.027 0.255 0.000 0.000 0.000 0.235 0.000 0.000 0.027 0.255

0.000 0.000 0.040 0.310 0.000 0.000 0.002 0.376 0.000 0.000 -0.208 0.353

Plate Dispersion ver.1.0 マニュアル

2008.4

16

0.000

98 0.000 0.208 0.352 0.000 0.000 -0.001 0.375 0.000 0.000 -0.039 0.311

0.000 0.000 -0.026 0.256 0.000 0.000 0.000 0.236 0.000 0.000 0.026 0.256

0.000 0.000 0.039 0.311 0.000 0.000 0.001 0.375 0.000 0.000 -0.208 0.352

0.000

97 0.000 0.208 0.351 0.000 0.000 0.000 0.374 0.000 0.000 -0.039 0.311

0.000 0.000 -0.026 0.257 0.000 0.000 0.000 0.238 0.000 0.000 0.026 0.257

0.000 0.000 0.039 0.311 0.000 0.000 0.000 0.374 0.000 0.000 -0.208 0.351

0.000

......................

......................

４．サポート情報 エラーの情報，FAQ，update 情報，最新マニュアル・解説書などは， http://guidedwave.web.nitech.ac.jp/

にて入手できます．エラー報告，時期バージョンへの要望などは hayashi@nitech.ac.jp

へご連絡ください．