産業用ポンプ、コンプレッサー、タービンなどの回転機器を診断・設計する際、振動は信頼性に対する最大の脅威です。システムが過度に振動する場合、構造シミュレーションの手法を誤ると、役に立たないデータと無駄な開発工数につながります。混乱の多くは、2 つの基本的な動解析手法、すなわちモード解析と調和応答解析のどちらを選ぶかという点に行き着きます。
モード解析：わかること（とわからないこと）
モード解析は、外力を与えない系固有のシミュレーションです。系の固有値をそのまま解き、次の情報を抽出します：
- 固有振動数：構造物が本来振動しようとする振動数。
- 固有モード：各固有振動数に対応する構造の変形形状。
モード解析で予測できないこと：物理的な力を加えていないため、実際の応力値や変位量（mm）は計算しません。
調和応答解析：何が加わるのか
調和応答解析は強制振動の動的シミュレーションです。連続的な正弦波荷重を周波数範囲にわたって与え、定常運転条件下でシステムがどのように挙動するかを評価します。これは、質量アンバランスが特定の運転回転数（次数）で周期的な力を生じる回転機械の物理現象と完全に一致します。
比較表：どちらをいつ使うか
調和応答解析とモード解析の違いは？
結論：モード解析は、外部荷重がない状態で構造物固有の固有振動数と変形形状を計算します。調和応答解析は、振動数に依存する連続的な周期力（回転軸のアンバランスなど）が時間とともに作用したときに生じる実際の変位、速度、加速度、応力の場を計算します。
減衰の重要な役割
モード解析では、減衰はほとんど関係ありません。調和応答解析では、運転回転数が構造の固有振動数に一致すると、生じるピーク応力は減衰比（$\zeta$）によって完全に支配されます。この値の推定を誤ると、モデルは不正確になります。
実例：ポンプスキッドの評価
振動するポンプスキッドのトラブルシューティングを行う振動コンサルタントは、2段階のプロセスを用います：
- まずモード解析：フレームに 29 Hz の固有モードがあることがわかります。
- 次に調和応答：100 グラムのアンバランスを持つポンプを 0 から 40 Hz で運転した状態をシミュレーションし、29 Hz のピークが鋼の疲労限度を超える応力を生じるかを確認します。
