Razumijevanje modalne analize

Definicija: Što je modalna analiza?

Modalna analiza je proces proučavanja i karakterizacije inherentnih dinamičkih svojstava strukture ili mehaničkog sustava. Ta svojstva - posebno njegova prirodne frekvencije, omjeri prigušenjai oblici načina rada—poznati su kao „modalni parametri“ sustava. Modalna analiza određuje jedinstvene načine na koje će struktura prirodno vibrirati ako je pobuđena. Ove informacije su temeljne za projektiranje struktura koje mogu izdržati dinamičke sile, kao i za rješavanje problema i rješavanje složenih problema s vibracijama.

Cilj: Identificiranje modalnih parametara

Svaka struktura ima jedinstveni skup modalnih parametara koji su određeni njezinim fizičkim svojstvima (masa, krutost i prigušenje). Cilj modalne analize je identificirati sljedeće:

• Prirodne frekvencije (ili rezonantne frekvencije): To su specifične frekvencije na kojima će struktura vibrirati s najvećom amplitudom kada je pobuđena. Postoji više prirodnih frekvencija za bilo koju strukturu.
• Omjeri prigušenja: Ovaj parametar kvantificira koliko brzo će se vibracije strukture smanjiti. To je mjera disipacije energije unutar strukture.
• Oblici načina rada: Oblik moda je specifičan uzorak deformacije ili otklona koji struktura prolazi kada vibrira na jednoj od svojih prirodnih frekvencija. Svaka prirodna frekvencija ima jedinstveni odgovarajući oblik moda.

Identificiranjem ovih parametara, inženjeri mogu u potpunosti razumjeti i predvidjeti kako će se konstrukcija ponašati na bilo koje dinamičko opterećenje s kojim se može susresti tijekom rada.

Vrste modalne analize

Postoje dva glavna pristupa određivanju modalnih parametara strukture:

1. Eksperimentalna modalna analiza (EMA)

EMA, također poznat kao "bump test", uključuje mjerenje odgovora strukture na poznatu, kontroliranu ulaznu silu. To je najčešća metoda za testiranje hardvera u stvarnom svijetu. Proces uključuje:

1. Pobuđivanje strukture izmjerenom silom, obično iz instrumentirani udarni čekić (koji ima senzor sile na vrhu) ili elektrodinamički šejker.
2. Mjerenje vibracijskog odziva na jednoj ili više lokacija na konstrukciji pomoću akcelerometara.
3. Izračunavanje Funkcija frekvencijskog odziva (FRF) za svaku mjernu točku, što je omjer izlazne vibracije i ulazne sile.
4. Korištenje specijaliziranog softvera za analizu skupa FRF-ova kako bi se izdvojile prirodne frekvencije, prigušenje i oblici modova. Softver zatim može animirati oblike modova kako bi vizualizirao kako se struktura deformira na svakoj prirodnoj frekvenciji.

2. Operativna modalna analiza (OMA)

OMA se koristi kada je nepraktično ili nemoguće primijeniti kontroliranu ulaznu silu ili kada je važno razumjeti ponašanje strukture u stvarnim radnim uvjetima. U OMA se mjeri samo izlazni odziv strukture (pomoću akcelerometara) dok je pobuđena svojim normalnim operativnim ili ambijentalnim silama (npr. vjetar na mostu, unosi s ceste na automobilu ili operativne sile u stroju u radu). Napredni algoritmi se zatim koriste za izdvajanje modalnih parametara iz podataka samo o odzivu. Ovo je složeniji, ali ponekad nužan pristup.

3. Analitička modalna analiza (FEA)

Ovo je čisto teorijski pristup koji koristi računalne modele, najčešće Analiza konačnih elemenata (FEA)Inženjeri stvaraju virtualni model konstrukcije, a softver izračunava predviđene modalne parametre. EMA se često izvodi kako bi se provjerila i poboljšala točnost ovih FEA modela.

Primjene modalne analize

• Rješavanje problema s rezonancijom: Njegova najčešća primjena. Ako stroj ima visoke vibracije, modalna analiza može utvrditi pobuđuje li radna sila strukturnu prirodnu frekvenciju.
• Validacija dizajna: Inženjeri ga koriste kako bi potvrdili da prirodne frekvencije novog proizvoda nisu blizu bilo kojoj poznatoj frekvenciji pobude (npr. okretaji motora, frekvencija prolaza lopatica).
• Strukturna modifikacija: Ako se pronađe problem rezonancije, modalni model može se koristiti za izvođenje „što-ako“ analiza kako bi se odredio najučinkovitiji način rješavanja problema (npr. „Gdje trebam dodati ukrućenje kako bih pomaknuo ovu prirodnu frekvenciju više?“).
• Praćenje stanja konstrukcija: Promjene modalnih parametara konstrukcije tijekom vremena mogu ukazivati na prisutnost oštećenja, poput pukotine.

← Natrag na glavni indeks