Forståelse af frekvensresponsfunktionen (FRF)

1. Definition: Hvad er en frekvensresponsfunktion?

Den Frekvensresponsfunktion (FRF) er et mål, der beskriver, hvordan en struktur, komponent eller system reagerer på en påført excitationskraft som funktion af frekvens. Enklere sagt fortæller FRF dig, hvor meget et system vil vibrere ved hver frekvens, når du "rammer" det med en kendt kraft.

FRF er et grundlæggende koncept inden for strukturel dynamik, modal analyseog resonansdetektion. Det er i bund og grund en overføringsfunktion, der relaterer et målt udgangsrespons (normalt acceleration) til en målt indgangskraft.

FRF = Udgangsrespons / Indgangskraft

Både output og input er funktioner af frekvens, og FRF i sig selv er en kompleks funktion, hvilket betyder, at den indeholder både amplitude og fase information.

2. Hvordan måles en FRF?

En FRF måles typisk ved hjælp af en teknik kaldet en "slagprøve" eller bumptest:

1. En accelerometer er monteret på strukturen på det punkt, hvor responsen skal måles.
2. Strukturen rammes på et bestemt punkt med en særlig instrumenteret hammerDenne hammer har en kraftsensor (en vejecelle) indbygget i spidsen, som måler den indgående kraft fra slaget.
3. En flerkanals vibrationsanalysator registrerer samtidigt både indgangssignalet fra hammeren og udgangssignalet fra accelerometeret.
4. Analysatoren udfører derefter en FFT på begge signaler og beregner forholdet mellem output og input ved hver frekvenslinje. Resultatet er FRF.

Denne proces gentages med flere påvirkninger, som gennemsnitligt beregnes for at producere en ren og pålidelig FRF-måling.

3. Fortolkning af et FRF-plot

En FRF vises normalt som to plots:

• Størrelsesgradsplot: Dette viser amplituden af FRF versus frekvens. Plottet vil have distinkte toppe, og frekvensen af hver top svarer til en naturlig frekvens (eller resonansfrekvens) af strukturen. Højden af toppen er en indikator for mængden af forstærkning og niveauet af dæmpning ved den resonans.
• Faseplot: Dette viser faseforskydningen mellem responsen og inputkraften versus frekvensen. Når frekvensen passerer gennem en resonans, vil faseplottet vise et karakteristisk 180-graders skift. Dette faseforskyd er en definitiv bekræftelse af en naturlig frekvens.

4. Anvendelser inden for vibrationsdiagnostik

FRF er et uundværligt værktøj til diagnosticering og løsning af resonans problemer i maskiner og strukturer:

• Identifikation af naturlige frekvenser: Den primære anvendelse er præcist at identificere en maskines naturlige frekvenser, dens base, tilsluttede rør eller den omgivende støttestruktur.
• Bekræftelse af resonans: Hvis en maskine udviser høj vibration ved en bestemt frekvens under drift, kan en FRF-måling bekræfte, om den pågældende driftsfrekvens falder sammen med en strukturel egenfrekvens. Hvis toppen i driftsspektret matcher en top i FRF'en, bekræftes resonans som den grundlæggende årsag til den høje vibration.
• Modalanalyse: Ved at foretage FRF-målinger på mange forskellige punkter på en struktur kan en komplet computermodel af dens vibrationstilstande (dens "driftsafbøjningsformer" ved resonans) konstrueres. Denne model kan bruges til at designe effektive strukturelle modifikationer.
• Strukturel ændring ("Hvad nu hvis"-analyse): Når en resonans er bekræftet, kan den modale model bruges til at simulere effekten af potentielle rettelser (som at tilføje en afstivning eller en masse), før der foretages fysiske ændringer, hvilket sikrer, at den foreslåede løsning vil være effektiv.

← Tilbage til hovedindekset