הבנת ניתוח מודאלי

הגדרה: מהי ניתוח מודאלי?

ניתוח מודאלי הוא תהליך של לימוד ואפיון התכונות הדינמיות הטבועות של מבנה או מערכת מכנית. תכונות אלו - ובפרט שלו תדרים טבעיים, יחסי ריסון, ו צורות מצב—ידועים כ"פרמטרים מודאליים" של המערכת. ניתוח מודאלי קובע את הדרכים הייחודיות שבהן מבנה יטה באופן טבעי לרטוט אם הוא מעורר. מידע זה הוא בסיסי לתכנון מבנים שיכולים לעמוד בכוחות דינמיים, כמו גם לאיתור תקלות ופתרון בעיות רטט מורכבות.

המטרה: זיהוי פרמטרים מודאליים

לכל מבנה יש קבוצה ייחודית של פרמטרים מודאליים הנקבעים על ידי תכונותיו הפיזיקליות (מסה, קשיחות ושיכוך). מטרת הניתוח המודאלי היא לזהות את אלה:

• תדרים טבעיים (או תדרים תהודה): אלו התדרים הספציפיים שבהם המבנה ירטוט עם האמפליטודה הגדולה ביותר בעת עירור. ישנם מספר תדרים טבעיים לכל מבנה נתון.
• יחסי ריסון: פרמטר זה מכמת את המהירות שבה יתמעטו רעידות המבנה. זהו מדד לפיזור האנרגיה בתוך המבנה.
• צורות מצב: צורת מצב היא דפוס ספציפי של עיוות או סטייה שהמבנה עובר כאשר הוא רוטט באחד מהתדרים הטבעיים שלו. לכל תדר טבעי יש צורת מצב ייחודית תואמת.

על ידי זיהוי פרמטרים אלה, מהנדסים יכולים להבין ולחזות באופן מלא כיצד מבנה יגיב לכל עומס דינמי שהוא עלול להיתקל בו במהלך הפעולה.

סוגי ניתוח מודאלי

ישנן שתי גישות עיקריות לקביעת הפרמטרים המודאליים של מבנה:

1. ניתוח מודאלי ניסיוני (EMA)

EMA, המכונה גם "מבחן בליטות", כרוך במדידת תגובת המבנה לכוח קלט ידוע ומבוקר. זוהי השיטה הנפוצה ביותר לבדיקת חומרה בעולם האמיתי. התהליך כולל:

1. עירור המבנה בכוח מדוד, בדרך כלל מ פטיש פגיעה אינסטרומנטלי (אשר יש חיישן כוח בקצהו) או שייקר אלקטרודינמי.
2. מדידת תגובת הרטט במיקום אחד או יותר על המבנה באמצעות מדי תאוצה.
3. חישוב ה פונקציית תגובת תדר (FRF) עבור כל נקודת מדידה, שהיא היחס בין רעידת המוצא לכוח הקלט.
4. שימוש בתוכנה ייעודית לניתוח קבוצת ה-FRFs כדי לחלץ את התדרים הטבעיים, ריכוך האנרגיה וצורות המצב. לאחר מכן, התוכנה יכולה ליצור אנימציה של צורות המצב כדי להמחיש כיצד המבנה מתעוות בכל תדר טבעי.

2. ניתוח מודאלי תפעולי (OMA)

OMA משמש כאשר לא מעשי או בלתי אפשרי להפעיל כוח קלט מבוקר, או כאשר חשוב להבין את התנהגות המבנה בתנאי הפעלה בפועל. ב-OMA, נמדדת רק תגובת הפלט של המבנה (באמצעות מדי תאוצה) בזמן שהוא מעורר על ידי כוחות תפעוליים או סביבתיים רגילים (למשל, רוח על גשר, קלט כביש על מכונית, או כוחות תפעוליים במכונה פועלת). לאחר מכן משתמשים באלגוריתמים מתקדמים כדי לחלץ את הפרמטרים המודאליים מנתוני התגובה בלבד. זוהי גישה מורכבת יותר אך לעיתים הכרחית.

3. ניתוח מודאלי אנליטי (FEA)

זוהי גישה תיאורטית בלבד המשתמשת במודלים ממוחשבים, לרוב ניתוח אלמנטים סופיים (FEA)מהנדסים יוצרים מודל וירטואלי של המבנה והתוכנה מחשבת את הפרמטרים המודאליים החזויים. EMA מבוצעת לעתים קרובות כדי לאמת ולשפר את הדיוק של מודלי FEA אלה.

יישומים של ניתוח מודאלי

• פתרון בעיות תהודה: היישום הנפוץ ביותר שלו. אם למכונה יש רעידות גבוהות, ניתוח מודאלי יכול לקבוע אם תדר טבעי מבני מעורר על ידי כוח הפעלה.
• אימות עיצוב: מהנדסים משתמשים בו כדי לאשר שהתדרים הטבעיים של מוצר חדש אינם קרובים לתדרי עירור ידועים (למשל, סל"ד מנוע, תדר מעבר להב).
• שינוי מבני: אם מתגלה בעיית תהודה, ניתן להשתמש במודל המודאלי לביצוע ניתוחי "מה אם" כדי לקבוע את הדרך היעילה ביותר לתקן אותה (למשל, "היכן עליי להוסיף מקשח כדי להעלות את התדר הטבעי הזה גבוה יותר?").
• ניטור בריאות מבני: שינויים בפרמטרים המודאליים של מבנה לאורך זמן יכולים להצביע על נוכחות של נזק, כגון סדק.

← חזרה לאינדקס הראשי