Modaalse analüüsi mõistmine

Definitsioon: Mis on modaalanalüüs?

Modaalne analüüs on protsess, mille käigus uuritakse ja iseloomustatakse struktuuri või mehaanilise süsteemi loomupäraseid dünaamilisi omadusi. Need omadused – täpsemalt selle loomulikud sagedused, summutussuhtedja režiimi kujundid—tuntakse süsteemi „modaalsete parameetritena“. Modaalanalüüs määrab kindlaks ainulaadsed viisid, kuidas struktuur ergastamise korral loomulikult vibreerima kipub. See teave on oluline dünaamilistele jõududele vastu pidavate konstruktsioonide projekteerimiseks, samuti keeruliste vibratsiooniprobleemide tõrkeotsinguks ja lahendamiseks.

Eesmärk: modaalsete parameetrite tuvastamine

Igal konstruktsioonil on ainulaadne modaalsete parameetrite komplekt, mis määratakse selle füüsikaliste omaduste (mass, jäikus ja sumbuvus) järgi. Modaalanalüüsi eesmärk on need tuvastada:

• Looduslikud sagedused (või resonantssagedused): Need on spetsiifilised sagedused, mille juures struktuur ergastuse korral suurima amplituudiga vibreerib. Igal struktuuril on mitu loomulikku sagedust.
• Summutussuhted: See parameeter kvantifitseerib, kui kiiresti konstruktsiooni vibratsioon vaibub. See on konstruktsiooni sees hajuva energia mõõt.
• Režiimi kujundid: Mooduskuju on spetsiifiline deformatsiooni- või läbipaindemuster, mille struktuur läbib, kui see vibreerib ühel oma loomulikul sagedusel. Igal loomulikul sagedusel on vastav ainulaadne moodikuju.

Nende parameetrite kindlakstegemise abil saavad insenerid täielikult aru saada ja ennustada, kuidas konstruktsioon reageerib mis tahes dünaamilisele koormusele, millega see töötamise ajal kokku puutuda võib.

Modaalse analüüsi tüübid

Struktuuri modaalsete parameetrite määramiseks on kaks peamist lähenemisviisi:

1. Eksperimentaalne modaalanalüüs (EMA)

EMA, tuntud ka kui „löögitest“, hõlmab konstruktsiooni reaktsiooni mõõtmist teadaolevale, kontrollitud sisendjõule. See on kõige levinum meetod reaalse riistvara testimiseks. Protsess hõlmab järgmist:

1. Konstruktsiooni ergutamine mõõdetud jõuga, tavaliselt instrumenteeritud löökvasar (mille otsas on jõuandur) või elektrodünaamiline loksuti.
2. Vibratsiooni mõõtmine ühes või mitmes kohas konstruktsioonil kiirendusmõõturite abil.
3. Arvutamine Sageduskarakteristiku funktsioon (FRF) iga mõõtepunkti kohta, mis on väljundvibratsiooni ja sisendjõu suhe.
4. Spetsiaalse tarkvara abil analüüsitakse FRF-ide komplekti, et eraldada omavõnkesagedused, sumbuvus ja mooduste kuju. Seejärel saab tarkvara mooduste kuju animeerida, et visualiseerida, kuidas struktuur deformeerub igal omavõnkesagedusel.

2. Operatiivne modaalne analüüs (OMA)

OMA-d kasutatakse siis, kui kontrollitud sisendjõu rakendamine on ebapraktiline või võimatu või kui on oluline mõista konstruktsiooni käitumist tegelikes töötingimustes. OMA-s mõõdetakse (kiirendusmõõturite abil) ainult konstruktsiooni väljundvastust, samal ajal kui seda ergastavad selle tavalised töö- või ümbritsevad jõud (nt tuul sillal, tee sisendid autol või tööjõud töötavas masinas). Seejärel kasutatakse modaalsete parameetrite eraldamiseks ainult vastuseandmetest täiustatud algoritme. See on keerulisem, kuid mõnikord vajalik lähenemisviis.

3. Analüütiline modaalanalüüs (FEA)

See on puhtteoreetiline lähenemine, mis kasutab enamasti arvutimudeleid. Lõplike elementide analüüs (FEA)Insenerid loovad konstruktsiooni virtuaalse mudeli ja tarkvara arvutab ennustatud modaalsed parameetrid. EMA-d tehakse sageli nende lõplike analüüsimudelite täpsuse valideerimiseks ja täpsustamiseks.

Modaalse analüüsi rakendused

• Resonantsiprobleemide tõrkeotsing: Selle kõige levinum rakendusala. Kui masinal on kõrge vibratsioon, saab modaalanalüüsi abil kindlaks teha, kas tööjõud ergutab struktuurilist loomulikku sagedust.
• Kujunduse valideerimine: Insenerid kasutavad seda selleks, et kinnitada, et uue toote loomulikud sagedused ei ole lähedased ühelegi teadaolevale ergastussagedusele (nt mootori pöörete arv, labade läbimissagedus).
• Struktuuriline modifikatsioon: Kui leitakse resonantsiprobleem, saab modaalmudelit kasutada „mis siis, kui“ analüüside tegemiseks, et määrata kindlaks selle lahendamiseks kõige tõhusam viis (nt „Kuhu peaksin lisama jäikuse, et seda loomulikku sagedust kõrgemale tõsta?“).
• Struktuurilise tervise jälgimine: Konstruktsiooni modaalsete parameetrite muutused aja jooksul võivad viidata kahjustuste, näiteks prao olemasolule.

← Tagasi põhiindeksi juurde