Comprensión de la función de respuesta de frecuencia (FRF)

1. Definición: ¿Qué es una función de respuesta de frecuencia?

En Función de respuesta de frecuencia (FRF) Es una medida que describe cómo una estructura, componente o sistema responde a una fuerza de excitación aplicada, en función de la frecuencia. En términos más simples, la FRF indica cuánto vibrará un sistema a cada frecuencia al ser impactado con una fuerza conocida.

La FRF es un concepto fundamental en la dinámica estructural, análisis modaly detección de resonancia. Es esencialmente una función de transferencia que relaciona una respuesta de salida medida (normalmente aceleración) a una fuerza de entrada medida.

FRF = Respuesta de salida / Fuerza de entrada

Tanto la salida como la entrada son funciones de frecuencia, y la FRF en sí misma es una función compleja, lo que significa que contiene tanto amplitud como fase información.

2. ¿Cómo se mide un FRF?

Una FRF generalmente se mide utilizando una técnica llamada "prueba de impacto" o prueba de impacto:

1. Un acelerómetro se monta en la estructura en el punto donde se va a medir la respuesta.
2. La estructura se golpea en un punto específico con un especial martillo instrumentadoEste martillo tiene un sensor de fuerza (una celda de carga) incorporado en su punta, que mide la fuerza de entrada del impacto.
3. Un multicanal analizador de vibraciones Registra simultáneamente la señal de entrada del martillo y la señal de salida del acelerómetro.
4. A continuación, el analizador realiza una FFT en ambas señales y calcula la relación entre la salida y la entrada en cada línea de frecuencia. El resultado es la FRF.

Este proceso se repite con múltiples impactos, que se promedian juntos para producir una medición de FRF limpia y confiable.

3. Interpretación de un gráfico FRF

Un FRF generalmente se muestra como dos gráficos:

• Gráfica de magnitud: Esto muestra la amplitud de la FRF en función de la frecuencia. El gráfico tendrá picos distintos, y la frecuencia de cada pico corresponde a una frecuencia natural (o frecuencia resonante) de la estructura. La altura del pico es un indicador de la cantidad de amplificación y el nivel de mojadura en esa resonancia.
• Diagrama de fases: Esto muestra el desfase entre la respuesta y la fuerza de entrada en función de la frecuencia. Al pasar la frecuencia por una resonancia, el gráfico de fase mostrará un desfase característico de 180 grados. Este desfase confirma definitivamente la existencia de una frecuencia natural.

4. Aplicaciones en el diagnóstico de vibraciones

El FRF es una herramienta indispensable para diagnosticar y resolver resonancia Problemas en maquinaria y estructuras:

• Identificación de frecuencias naturales: El uso principal es identificar con precisión las frecuencias naturales de una máquina, su base, las tuberías conectadas o la estructura de soporte circundante.
• Confirmando resonancia: Si una máquina presenta vibraciones elevadas a una frecuencia específica durante su funcionamiento, una medición de la FRF puede confirmar si dicha frecuencia coincide con una frecuencia natural estructural. Si el pico del espectro operativo coincide con un pico de la FRF, se confirma que la resonancia es la causa principal de la vibración elevada.
• Análisis modal: Al tomar mediciones de FRF en diferentes puntos de una estructura, se puede construir un modelo computacional completo de sus modos de vibración (sus "Formas de Deflexión Operativa" en resonancia). Este modelo puede utilizarse para diseñar modificaciones estructurales efectivas.
• Modificación estructural (análisis “Qué pasaría si”): Una vez que se confirma una resonancia, el modelo modal se puede utilizar para simular el efecto de posibles correcciones (como agregar un refuerzo o una masa) antes de realizar cualquier cambio físico, lo que garantiza que la solución propuesta será efectiva.

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