技術資料

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構造解析用語
エネルギースペクトル密度 (Power Spectral Density, PSD)

地震が発生すると地震波の影響から構造物には動的変形(dynamic deformation)を誘発させ、構造物は破壊に至ります。また、吊り橋の場合においても、過度の風荷重は吊り橋の構造的破壊を生じることもあります。これは、地震と風が持つエネルギーが地震波または風荷重を通じて構造物や吊り橋に伝達され、構造的な破壊で消費されるためです。

これらのエネルギー伝達過程は、電線に乗って移送される電気エネルギーが様々な電気製品を作動させる原理と同じです。地震波や風荷重などの動荷重は、時間に応じその大きさが異なるため、伝達されるエネルギーも時間に応じて異なります。単位時間あたりのエネルギーを仕事率あるいはパワー(power)で定義し、外乱が持続する時間で伝達されるエネルギーをすべての合わせたら外乱を通じて伝達される総エネルギーを求めるこちが出来ます。

エネルギースペクトル密度とは、時間の関数として表現されるエネルギーをフーリエ変換(Fourier transform)を通じて周波数関数に変換した場合、各周波数ことのエネルギーの大きさを示します。即ち、地震波を通じて伝達される時間関数のエネルギーを周波数関数に変換した場合、周波数関数として表現されたエネルギー分布を意味します。密度という用語が意味するように、各周波数ことのエネルギー値をすべての周波数に対して合算すると、外乱を通じて伝達される総エネルギーを求めることができます。エネルギースペクトル密度は電磁、音響、構造振動など外乱による物体の挙動を扱う工学分野で多く使用されています。

 
 
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