मोडल विश्लेषण को समझना

परिभाषा: मोडल विश्लेषण क्या है?

मॉडल विश्लेषण किसी संरचना या यांत्रिक प्रणाली के अंतर्निहित गतिशील गुणों का अध्ययन और उनकी विशेषताएँ निर्धारित करने की प्रक्रिया है। ये गुण—विशेष रूप से इसके प्राकृतिक आवृत्तियों, अवमंदन अनुपात, और मोड आकार—इन्हें सिस्टम के "मोडल पैरामीटर" कहा जाता है। मोडल विश्लेषण उन विशिष्ट तरीकों का निर्धारण करता है जिनसे उत्तेजित होने पर कोई संरचना स्वाभाविक रूप से कंपन करेगी। यह जानकारी गतिशील बलों का सामना करने वाली संरचनाओं को डिज़ाइन करने के साथ-साथ समस्या निवारण और जटिल कंपन समस्याओं को हल करने के लिए भी आवश्यक है।

लक्ष्य: मॉडल मापदंडों की पहचान करना

प्रत्येक संरचना में मॉडल मापदंडों का एक विशिष्ट समूह होता है जो उसके भौतिक गुणों (द्रव्यमान, कठोरता और अवमंदन) द्वारा निर्धारित होता है। मॉडल विश्लेषण का लक्ष्य इनकी पहचान करना है:

• प्राकृतिक आवृत्तियाँ (या अनुनाद आवृत्तियाँ): ये वे विशिष्ट आवृत्तियाँ हैं जिन पर उत्तेजित होने पर संरचना सबसे बड़े आयाम के साथ कंपन करेगी। किसी भी दी गई संरचना के लिए कई प्राकृतिक आवृत्तियाँ होती हैं।
• अवमंदन अनुपात: यह पैरामीटर यह मापता है कि संरचना के कंपन कितनी जल्दी कम होंगे। यह संरचना के भीतर ऊर्जा क्षय का माप है।
• मोड आकार: मोड आकार, विरूपण या विक्षेपण का वह विशिष्ट पैटर्न है जो संरचना अपनी किसी प्राकृतिक आवृत्ति पर कंपन करते समय अनुभव करती है। प्रत्येक प्राकृतिक आवृत्ति का एक विशिष्ट संगत मोड आकार होता है।

इन मापदंडों की पहचान करके, इंजीनियर पूरी तरह से समझ सकते हैं और भविष्यवाणी कर सकते हैं कि कोई संरचना संचालन के दौरान आने वाले किसी भी गतिशील भार पर कैसे प्रतिक्रिया देगी।

मोडल विश्लेषण के प्रकार

किसी संरचना के मॉडल पैरामीटर निर्धारित करने के लिए दो प्राथमिक दृष्टिकोण हैं:

1. प्रायोगिक मॉडल विश्लेषण (ईएमए)

ईएमए, जिसे "बम्प टेस्ट" भी कहा जाता है, एक ज्ञात, नियंत्रित इनपुट बल के प्रति संरचना की प्रतिक्रिया को मापता है। यह वास्तविक दुनिया के हार्डवेयर के परीक्षण के लिए सबसे आम तरीका है। इस प्रक्रिया में शामिल हैं:

1. संरचना को एक मापे गए बल से उत्तेजित करना, आमतौर पर एक यंत्रीकृत प्रभाव हथौड़ा (जिसकी नोक में एक बल सेंसर होता है) या इलेक्ट्रोडायनामिक शेकर.
2. एक्सेलेरोमीटर का उपयोग करके संरचना पर एक या अधिक स्थानों पर कंपन प्रतिक्रिया को मापना।
3. गणना आवृत्ति प्रतिक्रिया फ़ंक्शन (FRF) प्रत्येक माप बिंदु के लिए, जो कि आउटपुट कंपन और इनपुट बल का अनुपात है।
4. प्राकृतिक आवृत्तियों, अवमंदन और विधा आकृतियों को निकालने के लिए FRFs के समूह का विश्लेषण करने हेतु विशेष सॉफ़्टवेयर का उपयोग किया जाता है। इसके बाद, सॉफ़्टवेयर विधा आकृतियों को एनिमेट करके यह दर्शा सकता है कि प्रत्येक प्राकृतिक आवृत्ति पर संरचना कैसे विकृत होती है।

2. ऑपरेशनल मोडल विश्लेषण (ओएमए)

OMA का उपयोग तब किया जाता है जब नियंत्रित इनपुट बल लगाना अव्यावहारिक या असंभव हो, या जब वास्तविक परिचालन स्थितियों में संरचना के व्यवहार को समझना महत्वपूर्ण हो। OMA में, संरचना की केवल आउटपुट प्रतिक्रिया को (एक्सेलेरोमीटर का उपयोग करके) मापा जाता है, जबकि यह अपने सामान्य परिचालन या परिवेशी बलों (जैसे, पुल पर हवा, कार पर सड़क इनपुट, या चलती मशीन में परिचालन बल) द्वारा उत्तेजित हो रही होती है। इसके बाद, केवल प्रतिक्रिया डेटा से मॉडल पैरामीटर निकालने के लिए उन्नत एल्गोरिदम का उपयोग किया जाता है। यह एक अधिक जटिल लेकिन कभी-कभी आवश्यक दृष्टिकोण है।

3. विश्लेषणात्मक मोडल विश्लेषण (FEA)

यह कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करते हुए एक विशुद्ध सैद्धांतिक दृष्टिकोण है, जो आमतौर पर परिमित तत्व विश्लेषण (FEA)इंजीनियर संरचना का एक आभासी मॉडल बनाते हैं और सॉफ्टवेयर पूर्वानुमानित मॉडल मापदंडों की गणना करता है। इन FEA मॉडलों की सटीकता को सत्यापित और परिष्कृत करने के लिए अक्सर EMA का उपयोग किया जाता है।

मोडल विश्लेषण के अनुप्रयोग

• अनुनाद समस्याओं का निवारण: इसका सबसे आम अनुप्रयोग। अगर किसी मशीन में कंपन ज़्यादा है, तो मॉडल विश्लेषण यह निर्धारित कर सकता है कि क्या किसी संरचनात्मक प्राकृतिक आवृत्ति को किसी प्रचालन बल द्वारा उत्तेजित किया जा रहा है।
• डिज़ाइन सत्यापन: इंजीनियर इसका उपयोग यह पुष्टि करने के लिए करते हैं कि किसी नए उत्पाद की प्राकृतिक आवृत्तियाँ किसी ज्ञात उत्तेजन आवृत्तियों (जैसे, इंजन आर.पी.एम., ब्लेड पास आवृत्ति) के करीब तो नहीं हैं।
• संरचनात्मक संशोधन: यदि कोई अनुनाद समस्या पाई जाती है, तो मोडल मॉडल का उपयोग "क्या होगा अगर" विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है ताकि इसे ठीक करने का सबसे प्रभावी तरीका निर्धारित किया जा सके (उदाहरण के लिए, "इस प्राकृतिक आवृत्ति को अधिक ऊपर ले जाने के लिए मुझे स्टिफ़नर कहां जोड़ना चाहिए?")।
• संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी: समय के साथ संरचना के मॉडल मापदंडों में परिवर्तन, दरार जैसी क्षति की उपस्थिति का संकेत दे सकता है।

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