Разбиране на тестовете за въздействие
Тестване на удар — наричано още импулсно изпитване или модален анализ при удар — е модално тестване метод, при който се използва инструментален ударно-ударник за прилагане на широколентови силови импулси върху конструкция, като същевременно се измерват получените вибрация отговор с акселерометри. Въз основа на сигналите за сила и реакция тя изчислява функции на честотната характеристика (FRF), които показват как структурата реагира при всяка честота, разкривайки нейната собствени честоти, модални формии затихване съотношения — информацията, необходима за разбиране на динамичното поведение и поставяне на диагноза резонанс проблеми.
Изпитването на удари е практическата алтернатива на модалните изпитвания с вибрационни машини, като предоставя подобна информация без необходимостта от тежките и скъпи електромагнитни вибратори и сложните монтажни приспособления, които изисква изпитването с вибрационна машина. То се използва широко за отстраняване на резонансни проблеми, валидиране на конструктивни модификации и съпоставяне на модели с крайни елементи в областта на машиностроенето и структурната динамика. То е тясно свързано с по-простия тест за удар, която използва същия импулсен принцип за определяне на една единствена собствена честота.
1. Основният принцип
Методът се основава на един прост факт: кратък и силен удар възбужда едновременно широк честотен диапазон. Удар с чук, който трае само една-две милисекунди, съдържа енергия, разпределена доста равномерно в широк честотен диапазон, така че той задейства едновременно всеки режим в този диапазон. Чрез измерване както на входната сила, така и на изходния отговор и разделяне на едното на другото във честотната област, тестът изолира собственото поведение на конструкцията от конкретния удар, който е бил нанесен — резултатът, FRF, е свойство само на конструкцията и е независим от силата, с която я удряте.
2. Оборудване
Инструментален ударен чук
- Силов датчик: пиезоелектричен сензор, разположен в главата на чука, измерва силата на удара.
- Hammer mass: 0,1–5 кг, избрани в зависимост от размера на конструкцията и интересуващия ни честотен диапазон.
- Сменяеми накрайници: твърди (стомана), средни (пластмаса) и меки (гума).
- Изход: силов сигнал, синхронизиран с измерването на отговора.
- Typical cost: приблизително $500–3000.
Сензори за реакция
- Акселерометри, разположени в ключови точки.
- Или един подвижен акселерометър, или няколко фиксирани сензора.
- Честотен диапазон, който напълно отговаря на изискванията на теста.
Събиране на данни
- Най-малко два канала — въздействие и реакция.
- Едновременното вземане на проби от тези канали е от съществено значение.
- Един FFT анализатор или специализиран софтуер за модален анализ.
- Изчисляване на предавателна функция и кохерентност.
3. Процедура за изпитване
Едноточкова FRF
- Монтирайте акселерометъра на мястото на реагиране.
- Изберете върха на чука за да съответства на структурата и целевия честотен диапазон.
- Разрушете конструкцията с твърд и бърз удар в точката на въздействие.
- Запишете данните — сигналите за сила и реакция заедно.
- Изчислете честотната характеристика на системата: H(f) = Отклик(f) / Сила(f).
- Average чрез повторение 3–10 пъти и изчисляване на средната стойност на FRF.
- Проверете кохерентност за да се провери качеството на данните (кохерентност > 0,9).
Многоточково тестване
- Ровинг чук: да засегнете много точки, като държите акселерометъра неподвижен.
- Подвижен акселерометър: да въздействате върху една фиксирана точка, докато движите акселерометъра.
- Резултат: Данните от многобройни измервания разкриват, че модални форми.
- Grid testing: систематичната мрежа от точки дава пълна представа за структурата.
4. Избор на накрайник за чук
Влияние върху честотното съдържание
- Твърд накрайник (стомана): Кратка продължителност на удара, високочестотно съдържание, подходящо за твърди конструкции и високи честоти (до 10+ kHz)
- Средно дебел накрайник (найлон/Делрин): Умерена продължителност, балансиран спектър, общо предназначение (до 2-5 kHz)
- Мек накрайник (гумен): дълготраен, с акцент върху ниските честоти; подходящ за големи, гъвкави конструкции (до 500–1000 Hz).
Логиката е същата, която стои в основата на принципа: по-кратък и по-силен контакт пренася енергията в по-широк и по-висок честотен диапазон, докато по-мекият и по-дълъг контакт я концентрира в ниските честоти. Затова върхът се избира така, че да насочва енергията към честотните режими, които представляват интерес.
Съобразяване със структурата
- Леки конструкции: малък чук с мек накрайник, за да се избегнат повреди и шум.
- Тежки конструкции: голям чук с по-твърд връх, за да се постигне необходимото възбуждане.
- Емпирично правило: конструкцията трябва да реагира ясно, но не прекалено — типичното максимално ускорение е около 1–10 g.
5. Качество на данните
Добра техника на въздействие
- Бърз и прецизен удар без двойни удари.
- Чукът се отдръпна веднага, така че не остана в контакт.
- Удар, перпендикулярен на повърхността.
- Постоянно място на удара.
- Подходяща степен на сила.
Валидиране на кохерентност
- Сайтът кохерентност функцията показва качеството на измерването.
- Кохерентност близка до 1,0 (> 0,9) означава, че данните са с добро качество.
- Ниската кохерентност е признак за слаб импулс, шум или нелинейност.
- Отхвърлете лошите резултати и повторете теста.
Двойният импулс е най-често срещаният източник на грешки: той въвежда два импулса в структурата и нарушава спектъра на входния сигнал, а именно този вид грешки кохерентността умее да открива най-добре — спад в кохерентността при честота, която ви интересува, е сигнал да отхвърлите тази средна стойност и да опитате отново.
6. Резултати и интерпретация
Функция за честотна характеристика
- Графиката на амплитудата показва зависимостта между усилването и честотата.
- Върховете отбелязват собствените честоти и резонансите.
- Височината на пика отразява коефициента на усилване, който е обратно пропорционален на затихването.
- Сайтът фаза графиката показва 180-градусовото преместване при всеки резонанс.
Идентифициране на естествената честота
- Избройте всички върхове във ФРФ.
- Първият режим обикновено е пикът с най-ниската честота.
- По-високите тонове се намират на по-високи честоти.
- Сравнете ги с работните честоти, за да проверите за наличие на смущения.
Определяне на модалните форми
- Получено чрез многоточково тестване.
- Относителните амплитуди на отклик при резонанс определят характера на отклонението.
- Софтуерът може да анимира фигурата.
- Това определя nodes и възли на всеки мод.
7. Приложения при отстраняването на неизправности в машините
Изследване на резонанса на рамката
- Удар по корпуса на двигател или вентилатор.
- Identify the собствени честоти на рамката.
- Сравнете ги със blade-passing и електромагнитните честоти на двигателя.
- Ако се открие съвпадение, проблемът е в резонанса.
Тестване на фондации
- Ударете основата или фундамента.
- Определете неговите собствени честоти.
- Проверете достатъчност скованост и честотно разделяне.
Сравнения преди/след
- Извършете тест преди конструктивна промяна.
- След това проверете отново — след укрепване, добавяне на амортизация или промени в масата.
- Уверете се, че промяната е постигнала желания ефект.
- Измерете степента на подобрение.
8. Изпитване на удароустойчивостта на място
Тъй като за нея са необходими само инструментален чук и двуканален анализатор, изпитването с удари естествено намира място в набора от инструменти на инженера на място, наред с рутинните вибрационни изследвания. Когато дадена машина показва високи работна скорост когато става дума за вибрации, първият въпрос често е дали причината е сила като дисбаланс или структурен резонанс, усилващ обикновена сила. Преносим анализатор като Balanset-1A се използва за измерване и, когато причината е дисбаланс, за отстраняването му чрез балансиране на място; след това чрез ударно изпитване на рамката или основата се установява дали упоритите остатъчни вибрации се усилват от близка собствена честота — което определя избора между балансиране на ротора и укрепване на конструкцията.
Изпитването на удароустойчивост е практична и икономична техника за модален анализ, която е напълно достъпна за специалистите по вибрации, работещи на място. С помощта само на един инструментализиран чук и вибрационен анализатор тя позволява да се идентифицират структурни резонанси, да се проверят модификациите и да се получи динамичната характеристика, необходима за решаване на резонансни проблеми и оптимизиране на конструктивните проекти в машиностроенето и строителството.
